Material Didático de Leitura Obrigatória: Fundações

Fundações SCHOLA DIGITAL 2018 Material Didático de Leitura Obrigatória utilizado na Disciplina Fundações Revisão 00 de Janeiro de 2018 ÍNDICE UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES Aula 1 Informações Preliminares1 Aula 2 Classificação das Fundações11 Aula 3 Fundações Profundas I22 Aula 4 Fundações Profundas II41 Aula 5 Projeto de Fundações54 Aula 6 Investigação do Subsolo61 UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO Aula 7 Fundações Superficiais Tensões no Solo74 Aula 8 Fundações Superficiais Análises85 Aula 9 Cálculo de Fundações Profundas I112 Aula 10 Cálculo de Fundações Profundas II122 Aula 11 Reforços de Fundações129 Aula 12 Fundações Mistas140 Fundações Aula 1 Informações Preliminares UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 1 Unidade 1 Conceitos Elementares Aula 1 Informações Preliminares Fundações são elementos estruturais destinados a transmitir ao terreno as cargas da estrutura Devem ter resistência adequada para suportar as tensões causadas pelos esforços solicitantes O solo deve ter resistência e rigidez apropriada para não sofrer ruptura e não apresentar deformações exageradas ou diferenciais Podese resumir que chamase fundação a parte de uma estrutura que transmite ao terreno subjacente a carga da obra 1 Introdução O sistema de fundações é formado pelo elemento estrutural do edifício que fica abaixo do solo podendo ser constituído por bloco estaca ou tubulão por exemplo e o maciço de solo envolvente sob a base e ao longo do fuste Sua função é suportar com segurança as cargas provenientes do edifício Convencionalmente o projetista estrutural repassa ao projetista de fundação as cargas que serão transmitidas aos elementos de fundação Confrontando essas informações com as características do solo onde será edificado o projetista de fundações calcula o deslocamento desses elementos e compara com os recalques admissíveis da estrutura ou seja primeiro elaborase o projeto estrutural e depois o projeto de fundação Quando o projeto estrutural é elaborado em separado do projeto de fundação considerase durante o dimensionamento das estruturas que a fundação terá um comportamento rígido indeslocável Na realidade tais apoios são deslocáveis e esse fator tem uma grande contribuição para uma redistribuição de esforços nos elementos da estrutura Essa redistribuição ou nova configuração de esforços nos elementos estruturais em especial nos pilares provoca uma transferência das cargas dos pilares mais carregados para os pilares menos carregados Geralmente os pilares centrais são os mais carregados que os Aula 1 Informações Preliminares FUNDAÇÕES 2 da periferia Ao considerarmos a interação soloestrutura no dimensionamento da fundação os pilares que estão mais próximos do centro terão uma carga menor do que a calculada havendo uma redistribuição das tensões Dessa forma é possível estimar os efeitos da redistribuição dos esforços na estrutura do edifício bem como a intensidade e a forma dos recalques diferenciais Consequentemente teremos um projeto otimizado podendose obter uma economia que pode chegar a até 50 no custo de uma fundação Tornase clara a importância da união entre o projeto estrutural e o projeto de fundações em um único grande projeto uma vez que os dois estão totalmente interligados e mudanças em um provocam reações imediatas no outro 11 Parâmetros para Escolha da Fundação São diversas as variáveis a serem consideradas para a escolha do tipo de fundação Numa primeira etapa é preciso analisar os critérios técnicos que condicionam a escolha por um tipo ou outro de fundação Os principais itens a serem considerados são Topografia da Área Dados sobre taludes e encostas no terreno ou que possam atingir o terreno Necessidade de efetuar cortes e aterros Dados sobre erosões ocorrência de solos moles na superfície Presença de obstáculos como aterros com lixo ou matacões Características do maciço de Solo Variabilidade das camadas e a profundidade de cada uma delas Existência de camadas resistentes ou adensáveis Compressibilidade e resistência do solo A posição do nível dágua Dados da Estrutura A arquitetura o tipo e o uso da estrutura como por exemplo se consiste em um edifício torre ou ponte se há subsolo e ainda as cargas atuantes Realizado esse estudo descartamos as fundações que oferecem limitações de emprego para a obra em que se está realizando a análise Teremos ainda assim uma gama de soluções que poderão ser adotadas Aula 1 Informações Preliminares UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 3 Alguns projetistas de fundação elaboram projetos com diversas soluções para que o construtor escolha o tipo mais adequado de acordo com o custo disponibilidade financeira e o prazo desejado Na figura a seguir podese visualizar e revisar os elementos que constituem uma edificação Numa segunda etapa consideramse os seguintes fatores Dados sobre as construções vizinhas O tipo de estrutura e das fundações vizinhas Existência de subsolo Possíveis consequências de escavações e vibrações provocadas pela nova obra Danos já existentes Aspectos econômicos Além do custo direto para a execução do serviço devese considerar o prazo de execução Há situações em que uma solução mais custosa oferece um prazo de execução menor tornandose mais atrativa Podemos perceber que para realizar a escolha adequada do tipo de fundação é importante que a pessoa responsável pela contratação tenha o conhecimento dos tipos de fundação disponíveis no mercado e de suas características Somente com esse conhecimento é que será possível escolher a solução que atenda às características técnicas e ao mesmo tempo se adeque à realidade da obra Aula 1 Informações Preliminares FUNDAÇÕES 4 12 As cargas da Edificação As cargas da edificação são obtidas por meio das plantas de arquitetura e estrutura onde são considerados os pesos próprios dos elementos constituintes e a sobrecarga ou carga útil a ser considerada nas lajes que são normalizadas em função de sua finalidade Eventualmente em função da altura da edificação deverá também ser considerada a ação do vento sobre a edificação A tabela abaixo fornece o peso específico dos materiais mais utilizados nos elementos constituintes de uma construção 13 Tipos de Fundações As fundações são classificadas em fundações diretas rasas e indiretasprofundas Fundações Diretas ou Rasas são aquelas em que a carga da estrutura é transmitida diretamente ao solo pela fundação São executadas em valas rasas com profundidade máxima de 30 metros e caracterizadas por blocos alicerces sapatas e radiers Quando a camada resistente à carga da edificação ou seja onde a base da fundação está implantada não excede a duas vezes a sua menor dimensão ou se encontre a menos de 3 m de profundidade Fundações Indiretas ou Profundas são aquelas que transferem a carga por efeito de atrito lateral do elemento com o solo e por meio de um fuste Estas estruturas de transmissão podem ser estacas ou tubulões são aquelas cujas bases estão implantadas a mais de duas vezes a sua menor dimensão e a mais de 3 m de profundidade Aula 1 Informações Preliminares UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 5 O que caracteriza principalmente uma fundação rasa ou direta é o fato da distribuição de carga do pilar para o solo ocorrer pela base do elemento de fundação sendo que a carga aproximadamente pontual que ocorre no pilar é transformada em carga distribuída num valor tal que o solo seja capaz de suportála Outra característica da fundação direta é a necessidade da abertura da cava de fundação para a construção do elemento de fundação no fundo da cava A fundação profunda a qual possui grande comprimento em relação a sua base apresenta pouca capacidade de suporte pela base porém grande capacidade de carga devido ao atrito lateral do corpo do elemento de fundação com o solo A fundação profunda normalmente dispensa abertura da cava de fundação constituindose por exemplo em um elemento cravado por meio de um bateestaca Aula 1 Informações Preliminares FUNDAÇÕES 6 2 Sondagens Muitas vezes o aspecto de um solo leva o técnico a consideralo firme No entanto um exame mais cuidadoso pode mostrar tratarse de solo altamente compressível exigindo consolidação prévia Este exame denominase sondagem e tem por finalidade verificar a natureza do solo a espessura das diversas camadas a profundidade e a extensão da camada mais resistente que deverá receber as cargas da construção e determinar o tipo da estrutura de fundação a ser especificada A aula 6 tratará exclusivamente e detalhadamente as sondagens É sempre aconselhável a execução de sondagens no sentido de reconhecer o subsolo e escolher a fundação adequada fazendo com isso o barateamento das fundações As sondagens representam em média apenas 005 a 0005 do custo total da obra Os requisitos técnicos a serem preenchidos pela sondagem do subsolo são os seguintes Determinação dos tipos de solo que ocorrem no subsolo até a profundidade de interesse do projeto Determinação das condições de compacidade areias ou consistência argilas em que ocorrem os diversos tipos de solo Determinação da espessura das camadas constituintes do subsolo e avaliação da orientação dos planos superfícies que as separam Informação completa sobre a ocorrência de água no subsolo Para efeito prático na construção a Mecânica dos Solos divide os materiais que ocorrem na superfície da crosta terrestre em Rochas solos rochosos rochas em decomposição ou sã Solos ArenososSiltuosos com propriedade de compacidade grau de compacidade Solos Argilosos com propriedade de consistência limite de consistência Antes de se decidir pelo tipo de fundação em um terreno é essencial que o profissional adote os seguintes procedimentos Visitar o local da obra detectando a eventual existência de alagados afloramento de rochas etc Visitar obras em andamento nas proximidades verificando as soluções adotadas Aula 1 Informações Preliminares UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 7 Fazer sondagem a trado broca com diâmetro de 2 ou 4 recolhendo amostras das camadas do solo até atingir a camada resistente Mandar fazer sondagem geotécnica 21 Execução da Sondagem Dependendo do tipo solo a sondagem deverá utilizar o melhor processo que forneça indicações precisas sem deixar margem de dúvida para interpretação e que permitam resultados conclusivos indicando claramente a solução a adotar A sondagem mais executada em solos penetráveis é a sondagem geotécnica a percussão de simples reconhecimento executada com a cravação de um barrilete amostrador peça tubular metálica robusta oca de ponta bizelada que penetrando no solo retira amostras sequentes que são analisadas visualmente e em laboratório para a classificação do solo e determina o SPT Standart Penetration Test que é o registro da somatória do número de golpes para vencer os dois últimos terços de cada metro para a penetração de 15 cm As fases de ensaio e de amostragem são realizadas simultaneamente utilizando um tripé um martelo de 65 kg uma haste e o amostrador Os pontos de sondagem devem ser criteriosamente distribuídos na área em estudo e devem ter profundidade que inclua todas as camadas do subsolo que possam influir significativamente no comportamento da fundação No caso de fundações para edifícios o número mínimo de pontos de sondagens a realizar é função da área a ser construída Nas próximas figuras são mostrados um esquema do equipamento de sondagem geotécnica de percussão a planta de locação dos furos e um laudo de sondagem Equipamento de Sondagem a Percussão Aula 1 Informações Preliminares FUNDAÇÕES 8 Rua X 800 1000 1480 1950 1200 770 4500 2600 SP 01 SP 02 SP 03 3500 Rua Y Central telefônica Casa de força N Penetração Golpes 30 cm Cota RN Nível da água Amostra Diagrama das penetrações 10 20 30 40 Profundidade em metros Classificação do material 010 100 180 300 500 1800 2045 Solo superficial Argila siltosa variegada idem mole Argila siltosa pouco arenosa marron dura idem rija idem dura Argila siltosa dura limite de sondagem 4 14 9 11 22 27 28 29 30 31 5 20 13 15 35 37 38 39 43 47 PERFIL DE SONDAGEM GEOLÓGICA Ensaio de penetração padrão SPT CLIENTE Local Rua X 23 Responsável Técnico SP 01 LOGO 07 04 99 11000 Obs não se verificou pressão dágua Planta de locação dos furos de sondagem Perfil de sondagem geológica parte do laudo técnico Aula 1 Informações Preliminares UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 9 Para a sondagem em solos impenetráveis são utilizados equipamentos de perfuração rotativa que permitem a obtenção de amostras ou testemunhos para os consequentes ensaios de laboratório fornecendo indicações valiosas sobre a natureza e a estrutura do maciço rochoso utilizando amostradores de aço com parte cortante de diamante carbureto de tungstênio ou aço especial que retiram amostras com diâmetro designados por EX 78 AX 118 BX 1 58 e NX 2 18 22 Aptidão de Suporte de um Solo Resistente A resistência sustentação de um solo destinado a suportar uma construção é definida pela carga unitária expressa em kgfcm² ou MPa sob a qual praticamente o assente deixa de aumentar Os solos apresentam resistências por limite de carga que podem suportar sem comprometer a estabilidade de construção O grau de resistência indica qual tipo de fundação é mais adequada como o exemplo mostrado no esquema nas próxima figura Se os solos A B C têm características iguais de resistência é possível implantar a fundação em A Se só A é resistente devese apoiar fundações de estruturas leves cuja carga limite deve ser determinada por análise de recalque Se A é solo fraco e B é resistente a fundação é do tipo profunda atendendo se para a carga limite em função da resistência de C Se A B são solos fracos e C é resistente o apoio da fundação deverá ser em C O detalhe de um ensaio prático de campo para determinação da tensão admissível do solo pelo método simples é dado a seguir Um pilão de 20 Kg que tem diâmetro de 15 cm cai 10 vezes de uma altura de 050 m e penetra no solo 5 cm Qual é a resistência do terreno Aula 1 Informações Preliminares FUNDAÇÕES 10 S R² 314x 75² 17670 cm² 2010 x 1767 10x 05 005 1012 1192 ou 12 kgcm² Baseado e adaptado de UFG Carolina Barros Edições sem prejuízo de conteúdo Aula 2 Classificação das Fundações UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 11 Aula 2 Classificação das Fundações O processo de especificação de um tipo de fundação na generalidade dos casos determina frequentemente dois tipos de fundações chamadas genericamente de fundações do tipo rasa ou direta e do tipo profunda Nesta aula adentrarseá nas características de cada tipo de fundação a ser determinada para uma edificação 1 Especificações para Fundações 11 Rasas ou Diretas As fundações diretas são empregadas onde as camadas do subsolo logo abaixo da estrutura são capazes de suportar as cargas São aquelas que são dimensionadas de forma a distribuírem o peso da construção no solo para que a pressão exercida sobre o solo seja compatível com a sua resistência do solo Em outras palavras fundações do tipo rasa ou direta são executadas quando a resistência de embasamento pode ser obtida no solo superficial numa profundidade que pode variar de 10 a 30 metros Nesse caso podese executar alicerces ou sistemas de sapatas interligadas por vigamentos levando em conta os seguintes cuidados na execução Executar o escoramento adequado na escavação das valas com profundidades maiores que 15 m quando o solo for instável Consolidar o fundo da vala com a regularização e compactação do material Executar o lastro de concreto magro para melhor distribuir as cargas quando se tratar de alicerces de alvenaria de tijolos ou pedras ou proteger o concreto estrutural quando se tratar de sapatas Determinar um sistema de drenagem para viabilizar a execução quando houver necessidade Utilizar sistema de ponteiras drenantes Well Points de acordo com a próxima figura dispostas na periferia da escavação com espaçamento de 10 a 30 m interligadas por meio de tubo coletor a um conjunto de bombas centrífugas que realizam o rebaixamento do lençol freático em solos saturados e arenosos Aula 2 Classificação das Fundações FUNDAÇÕES 12 Determinar um processo de impermeabilização da alvenaria acima do soco para não permitir a permeabilidade da umidade por capilaridade 12 Profundas Quando o solo resistente se encontra em profundidades superiores a 30 metros podendo chegar a 200 m ou mais é recomendado executar fundações do tipo profunda cujo dimensionamento e especificação são determinadas pelas características das cargas e do solo analisado constituída de peça estrutural do tipo haste ou fuste que resistem predominantemente esforços axiais de compressão 13 Considerações sobre o Dimensionamento das Fundações No processo de dimensionamento de fundações o estudo compreende preliminarmente duas partes essencialmente distintas Estudo do solo por meio da sondagem com a aplicação do estudo da Mecânica dos Solos e Rochas Cálculo das cargas atuantes sobre a fundação com a aplicação do estudo da análise das estruturas Com esses dados passase à escolha do tipo de fundação tendose ainda presente que As cargas da estrutura devem ser transmitidas às camadas de solo capazes de suportalas sem ruptura As deformações das camadas de solo subjacentes às fundações devem ser compatíveis com as da estrutura A execução das fundações não deve causar danos as estruturas vizinhas Ao lado do aspecto técnico a escolha do tipo de fundação deve atender ao aspecto econômico Finalmente seguese o dimensionamento e detalhamento estudandose a fundação como elemento estrutural 2 Classificação das Fundações As fundações são elementos estruturais destinados a repartir sobre o solo o peso da obra No Quadro mostrado na próxima página são apresentadas as tipologias mais comuns Aula 2 Classificação das Fundações UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 13 das estruturas de embasamento levando em consideração a forma de execução implantação equipamentos necessários e as vantagens e desvantagens de sua utilização Aula 2 Classificação das Fundações FUNDAÇÕES 14 3 Fundações Diretas São aquelas estruturas executadas em valas rasas com profundidade máxima de 30 metros ou as que repousam diretamente sobre solo firme e aflorado como por exemplo rochas moledos rochas em decomposição arenitos piçaras compactas etc caracterizadas por alicerces e sapatas Os alicerces são estruturas executadas pelo assentamento de pedras ou tijolos maciços recozidos em valas de pouca profundidade entre 050 a 120 m e largura variando conforme a carga das paredes 31 Vigas de Fundação Baldrames A viga baldrame pode ser considerada a própria fundação No caso de terrenos firmes e cargas pequenas podese utilizar este tipo de fundação rasa e bem econômica que nada mais é do que uma viga calculada como viga sobre base elástica e construída em uma cava com muito pouca profundidade destinada a suportar a carga de todas as paredes de uma construção transferindoa ao solo A escolha correta do sistema de impermeabilização adotado para as vigas baldrames das edificações é fundamental para se evitar situações indesejáveis em sua fase de utilização Dentre elas podemos destacar as patologias comumente denominadas mofo de Aula 2 Classificação das Fundações UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 15 rodapé que na verdade são o efeito da umidade presente no solo através da ascensão capilar dos materiais se revelando nas superfícies das alvenarias causando desconforto visual danos à saúde e depreciação do patrimônio entre outras perdas A impermeabilização pode ser feita com o uso de diversos tipos de impermeabilizantes com bases betuminosas em mandas ou até mesmo com cimentos aditivados como estudado em Materiais de Construção II 32 Blocos O que caracteriza a fundação em blocos é o fato da distribuição de carga para o terreno ser aproximadamente pontual ou seja onde houver pilar existirá um bloco de fundação distribuindo a carga do pilar para o solo Os blocos podem ser construídos de pedra tijolos maciços concreto simples ou de concreto armado Assumem a forma de bloco escalonado ou pedestal ou de um tronco de cone Alturas relativamente grandes e resistem principalmente por compressão 33 Sapatas Sapatas isoladas ou corridas são elementos de apoio de concreto de menor altura que os blocos que resistem principalmente por flexão É uma fundação direta geralmente de concreto armado com a forma aproximada de uma placa sobre a qual se apoiam colunas pilares ou mesmo paredes Ela pode ser corrida ou isolada São fundações semiflexíveis trabalham a flexão portanto devem ser dimensionadas estruturalmente alturas inclinações armaduras necessárias Ao contrário dos blocos as sapatas não trabalham apenas à compressão simples mas também à flexão devendo neste caso serem executadas incluindo material resistente à traçãoBRITO 1987 Aula 2 Classificação das Fundações FUNDAÇÕES 16 As sapatas são estruturas que podem ser executadas de forma isoladas associadas ou combinadas contínuas sob pilares ou muros 331 Sapatas Isoladas de Concreto Sapata Isolada é quando a mesma não tem associação com nenhuma outra sapata e é dimensionada em função dos esforços de um só pilar Usadas em terrenos que apresentam uma boa taxa de trabalho e quando a carga a ser distribuída é relativamente pequena Em geral são feitas em forma de tronco de pirâmide e amarradas umas às outras através de cintas ou vigas baldrame Embaixo de toda sapata deverá sempre ser colocada uma camada de concreto magro farofa É um concreto bem seco sem função estrutural que tem a finalidade de isolar o fundo da sapata para que o solo não absorva a água do concreto da fundação Aula 2 Classificação das Fundações UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 17 Execução Para construção de uma sapata isolada são executadas as seguintes etapas Fôrma para o rodapé com folga de 5 cm para execução do concreto magro Posicionamento das fôrmas de acordo com a marcação executada no gabarito de locação Preparo da superfície de apoio Colocação da armadura Posicionamento do pilar em relação à caixa com as armações Colocação das guias de arame para acompanhamento da declividade das superfícies do concreto Concretagem a base poderá ser vibrada normalmente porém para o concreto inclinado deverá ser feita uma vibração manual isto é sem o uso do vibrador 332 Sapata Corrida de Concreto Executadas em terreno de grande resistência para pequenas construções abaixo e ao longo das paredes com função estrutural Tornamse econômicas quanto às fôrmas que são contínuas ou até desnecessárias concretandose diretamente nas cavas Se o terreno for inclinado as sapatas não poderão seguir a inclinação do terreno deverão ser escalonadas em degraus em nível para que as cargas sejam transmitidas sempre para o plano horizontal São elementos contínuos que acompanham a linha das paredes as quais lhes transmitem a carga por metro linear BRITO1987 Aula 2 Classificação das Fundações FUNDAÇÕES 18 333 Sapatas Corridas de Alvenaria São utilizadas em obras de pequena área e carga edícula sem laje barraco de obras abrigo de gás água etc É importante conhecer esse tipo de alicerce pois foram muito utilizados nas construções antigas e se faz necessário esse conhecimento no momento das reformas e reforços dos mesmos Execução a Abertura de vala Profundidade nunca inferior a 40 cm Largura das valas Parede de 1 tijolo 45cm Parede de 12 tijolo 40 cm Em terrenos inclinados o fundo da vala é formado por degraus Sempre em nível mantendose o valor h em no mínimo 40 cm e h1 no máximo 50 cm b Apiloamento Se faz manualmente com soquete maço de 10 à 20kg com o objetivo unicamente de conseguir a uniformização do fundo da vala e não aumentar a resistência do solo c Lastro de Concreto Aula 2 Classificação das Fundações UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 19 Sobre o fundo das valas devemos aplicar uma camada de concreto magro de traço 136 ou 148 cimento areia grossa e pedra 2 e 3 e espessura mínima de 5 cm com a finalidade de Diminuir a pressão de contato visto ser a sua largura maior do que a do alicerce Uniformizar e limpar o piso sobre o qual será levantado o alicerce de alvenaria d Alicerce de alvenaria Assentamento dos tijolos Ficam semiembutidos no terreno Tem espessuras maiores do que a das paredes sendo Paredes de 1 tijolo feitos com tijolo e meio Paredes de 12 tijolo feitos com um tijolo Seu respaldo deve estar acima do nível do terreno a fim de evitar o contato das paredes com o solo O tijolo utilizado é o maciço queimado ou requeimado Assentamento dos tijolos é feito em nível Argamassa de assentamento é de cimento e areia traço 14 e Cinta de Amarração É sempre aconselhável a colocação de uma cinta de amarração no respaldo dos alicerces Normalmente a sua ferragem consiste de barras corridas no caso de pretender a sua atuação como viga deverá ser calculada a ferragem e os estribos Sobre a cinta será efetuada a impermeabilização Para economizar formas utilizase tijolos em espelho assentados com argamassa de cimento e areia traço 13 A função das cintas de amarração é amarrar todo o alicerce e distribuir melhor as cargas não podendo contudo serem utilizadas como vigas f Reaterro de Valas Após a execução da impermeabilização das fundações podemos reaterrar as valas O reaterro deve ser feito em camadas de no máximo 20 cm bem compactadas g Tipos de alicerces para construção simples Aula 2 Classificação das Fundações FUNDAÇÕES 20 Observação Para manter os ferros corridos da cinta de amarração na posição devem ser usados estribos espaçados de mais ou menos 10m A função desses estribos é somente posicionar as armaduras 34 Radier Quando todas as paredes ou todos os pilares de uma edificação transmitem as cargas ao solo através de uma única placa temse o que se denomina uma fundação em radier Os radiers são elementos contínuos que podem ser executados em concreto armado protendido ou em concreto reforçado com fibras de aço Aula 2 Classificação das Fundações UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 21 Tratase de uma laje que recebe cargas de todos os pilares Por consumir um volume de concreto relativamente alto é mais viável em obras com grande concentração de cargas Deve resistir aos esforços diferenciados de cada pilar além de suportar eventuais pressões do lençol freático O consumo de concreto pode ser diminuído com o emprego de protensão Execução Em geral devemse considerar os seguintes cuidados na execução de fundações diretas ou rasas Executar o escoramento adequado na escavação das valas com profundidades maiores que 15 m quando o solo for instável Consolidar o fundo da vala com a regularização e compactação do material apiloamento Executar o lastro de concreto magro 5 a 10 cm de espessura para melhor distribuir as cargas quando se tratar de alicerces de alvenaria de tijolos ou pedras ou proteger o concreto estrutural quando se tratar de sapatas Determinar um sistema de drenagem para viabilizar a execução quando houver necessidade Construir uma cinta de amarração a fim de absorver esforços não previstos recalques diferenciais distribuir o carregamento e combater os esforços horizontais Determinar um processo de impermeabilização da fundação acima do soco para não permitir a percolação capilar Controlar a locação do centro dos blocos e das linhas das paredes e a cota do fundo da vala Baseado e adaptado de UFG Carolina Barros Edições sem prejuízo de conteúdo Aula 3 Fundações Profundas I FUNDAÇÕES 22 Aula 3 Fundações Profundas I Caracterizadas pelo comprimento preponderante em relação à seção transversal são fundações cuja resistência é composta de duas parcelas A primeira é baseada na superfície de sua extremidade inferior que distribui o peso atuante sobre ela no solo ponta A segunda parcela é gerada pela força de atrito entre a sua superfície lateral da estaca e o solo 1 Fundações Indiretas ou Profundas São aquelas em que o peso da construção é transmitido ao solo firme por meio de um fuste Estas estruturas de transmissão podem ser estacas ou tubulões podendo ser cravadas ou escavadas no solo Na figura a seguir podese ver os elementos componentes de um sistema de estaqueamento 2 Estacas As estacas são peças estruturais alongadas de formato cilíndrico ou prismático que são cravadas préfabricadas ou confeccionadas no canteiro in loco com as seguintes finalidades Transmissão de cargas a camadas profundas do terreno Contenção dos empuxos de terras ou de água estaca prancha Compactação de terrenos Aula 3 Fundações Profundas I UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 23 As estacas recebem da edificação que suportam esforços axiais de compressão A estes esforços elas resistem seja pelo atrito das paredes laterais da estaca contra o solo seja pelas reações exercidas pelo solo resistente sobre a ponta da peça Conforme a estaca resista apenas pelo atrito lateral ou pela ponta ela se denomina respectivamente estaca flutuante ou estaca carregada de ponta A figura a seguir ilustra as definições dadas em a a capacidade resistente da estaca se compõe de duas parcelas atrito lateral e de ponta em b a estaca é carregada na ponta trabalhando pois como pilar em c ela resiste pelo atrito lateral é a estaca flutuante Na situação d a estaca atravessa um terreno que se adensa sob seu peso próprio ou sob a ação de uma camada de aterro sobrejacente produzindo o fenômeno do atrito negativo isto é o solo em vez de se opor ao afundamento da estaca contrariamente vai pesar sobre ela favorecendo assim a sua penetração no solo Quanto à posição as estacas podem ser verticais e inclinadas e quanto aos esforços a que ficam sujeitas classificamse em estacas de compressão tração e flexão conforme exemplo da figura a seguir Aula 3 Fundações Profundas I FUNDAÇÕES 24 21 Estacas de Sustentação São as que se caracterizam pela função de transmitir as cargas a camadas profundas do solo Podem ser classificadas como descrições a seguir 211 Estacas de Madeira As estacas de madeiras devem ser de madeira dura resistente em peças retas roliças e descascadas O diâmetro da seção pode variar de 18 a 35 cm e o comprimento de 5 a 8 metros geralmente limitado a 12 metros com emendas No caso da necessidade de comprimentos maiores as emendas deverão ser providenciadas com talas de chapas metálicas e parafusos devidamente dimensionados A vida útil de uma estaca de madeira é praticamente ilimitada quando mantida permanentemente sob lençol freático água Caso esteja sujeita a variação de umidade apodrecerá rapidamente De qualquer maneira a estaca deve receber tratamento de preservação para evitar o apodrecimento precoce e contra ataques de insetos xilófagos As madeiras mais utilizadas são eucaliptos peroba do campo maçaranduba aroeira etc Empiricamente podese calcular o diâmetro mínimo de uma estaca de madeira em função do seu comprimento usando a seguinte fórmula D 015 002 L Exemplo Aula 3 Fundações Profundas I UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 25 A carga admissível depende das dimensões da estaca e da natureza das camadas atravessadas no terreno como ordem de grandeza exemplificase Durante a cravação as cabeças das estacas devem ser protegidas por um anel cilíndrico de aço destinado a evitar seu rompimento sob os golpes do pilão assim como é recomendável o emprego de uma ponteira metálica a fim de facilitar a penetração e proteger a madeira 212 Estacas de Concreto Serão abordadas em tópico especial desta aula 213 Estacas Metálicas As estacas metálicas são particularmente indicadas pela sua grande capacidade de suporte de cargas e em terrenos onde a profundidade do plano de fundação é muito variável sem problemas quanto ao transporte e manuseio permitindo aproveitamento de peças cortadas e a combinação de perfis desde que devidamente soldados A principal vantagem é a rapidez na cravação podendo ser utilizadas em solos duros e a desvantagem particular é a dificuldade em avaliar a nega Perfis comerciais Trilhos usados soldados Aula 3 Fundações Profundas I FUNDAÇÕES 26 As estacas metálicas são constituídas principalmente por peças de aço laminado ou soldado tais como perfis de seção I e H como também por trilhos geralmente reaproveitados após sua remoção de linhas férreas quando perdem sua utilização Sua cravação é facilitada porque ao contrário dos outros tipos de estacas em lugar de fazer compressão lateral do terreno se limita a cortar as diversas camadas do terreno Hoje em dia já não existe preocupação com o problema de corrosão das estacas metálicas quando permanecem inteiramente enterradas em solo natural porque a quantidade de oxigênio que existe nos solos naturais é tão pequena que a reação química tão logo começa já acaba completamente com esse componente responsável pela corrosão Entretanto de modo a garantir a segurança a NBR 6122 exige que nas estacas metálicas enterradas seja descontada a espessura de 15 mm de toda sua superfície em contato com o solo resultando uma área útil menor que a área real do perfil A carga máxima atuante sobre a estaca é obtida multiplicandose a área útil pela tensão admissível do aço fc fyk2 onde fyk é tensão característica à ruptura do aço da estaca Vantagens Podem ser cravadas em quase todos tipos de terrenos Possuem facilidade de corte e emenda Podem atingir grande capacidade de carga Trabalham bem a flexão Se utilizadas em serviços provisórios podem ser reaproveitadas várias vezes Desvantagens Custo maior em relação às estacas prémoldadas de concreto Strauss e Franki 3 Estacas de Concreto As fundações de estacas em concreto podem ser moldadas no local in loco ou in situ ou prémoldadas cravadas com a utilização de equipamento mecânico 31 Estacas Moldadas no Local 311 Estacas Brocas Estas estacas são executadas por uma ferramenta simples denominada broca trado de concha ou helicoidal um tipo de saca rolha que pode atingir até 6 metros de Aula 3 Fundações Profundas I UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 27 profundidade com diâmetro variando entre 15 a 25 cm sendo aceitáveis para pequenas cargas ou seja de 50 kN a 100 kN Recomendase que sejam executadas estacas somente acima do nível do lençol freático para evitar o risco de estrangulamento do fuste Devido ao esforço de escavação exigido são necessárias duas pessoas para o trabalho O espaçamento entre as estacas brocas numa edificação não pode ultrapassar 4 metros e devem ser colocadas nas interseções das paredes e de forma equidistante ao longo das paredes desde que menor ou igual ao espaçamento máximo permitido Nas figuras a seguir podese ver um exemplo da distribuição das estacas brocas numa edificação de pequeno porte e um roteiro básico para a execução de estacas brocas Execução Escavação ou perfuração utilizando trado manual tipo concha ou helicoidal usando de água para facilitar a perfuração Preparação depois de atingir a profundidade máxima promover o apiloamento do fundo executando um pequeno bulbo com pedra britada 2 ou 3 com um pilão metálico s esc Vigas baldrames Estacas brocas máx 4 m Aula 3 Fundações Profundas I FUNDAÇÕES 28 Concretagem Preencher todo o furo com concreto traço 1x3x4 promovendo o adequado adensamento tomando cuidados especiais para não contaminar o concreto utilizar uma chapa de compensado com furo para o lançamento do concreto para proteger a boca do furo Colocação das esperas fazer o acabamento na cota de arrasamento desejada fixando os arranques para os baldrames As estacas brocas podem ser agrupadas duas a duas dependendo da carga a ser distribuída e executandose pequenos blocos de concreto armado como mostra a figura a seguir De qualquer forma as estacas brocas deverão ser solidarizadas por meio das vigas baldrames evitando deixar estacas isoladas sem amarração com as vigas Nas figuras mostradas abaixo são apresentadas algumas sugestões de seções para as vigas baldrames mais utilizadas na prática de pequenas construções Aula 3 Fundações Profundas I UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 29 312 Estacas Escavadas As estacas escavadas caracterizamse por serem moldadas no local após escavação do solo com perfuratrizes rotativas ou ainda com trados mecânicos ou manuais porém estes últimos com possibilidade de atingir somente pequenas profundidades As estacas escavadas mecanicamente com trado helicoidal são executadas através de torres metálicas apoiadas em guindaste sobre esteiras ou acopladas em caminhõestratores Em ambos os casos são empregados guinchos conjunto de tração e haste de perfuração podendo esta ser helicoidal em toda sua extensão ou constituída de trados com comprimentos entre 2 e 6 m em sua extremidade procedendose ao avanço através de prolongamento telescópico Podem ser executadas com ou sem presença dágua As principais vantagens das estacas escavadas são Execução sem vibração ou barulho Fator importante quando existem construções vizinhas ou muito próximas Alta Produção Preço Fundação de menor custo Aproveitamento do Material Escavado Possibilidade de amostragem do solo escavado e reutilização do mesmo em outras etapas da obra Alto Torque Possibilidade de atravessar camadas do solo de grande resistência exceto rocha e matacões Distância mínima recomendada entre as estacas escavadas é de 25 vezes o diâmetro As estacas escavadas podem ser executadas tangencialmente às divisas se não houver obstáculo para a torre da perfuratriz 3121 ARMADURAS Em obras prediais correntes em que há somente cargas axiais de compressão não há necessidade de armadura Usualmente colocase armadura de fretagem na cabeça das estacas com comprimento em torno de 10 metro Quando há esforços horizontais efeitos de momento fletor e principalmente esforços de tração as armaduras deverão ser dimensionadas levandose em conta o efeito de flexo compressão e flexotração da estaca Em áreas de aterro as estacas deverão ser armadas conforme projeto além de toda a cota de aterro ou seja se o projetista prevê para determinada estaca de 12 m uma Aula 3 Fundações Profundas I FUNDAÇÕES 30 armadura útil de 4 m em área que possui 5 m de aterro a mesma deverá ser armada pelo comprimento de 9 m arranques e deverá possuir 17 m É importante que o aluno se atente a isso pois é um tipo de estaca muito utilizado em grandes canteiros e esse tipo de situação é muito comum 313 Estacas Strauss Estas estacas abrangem a faixa de carga compreendida entre 200 e 800 kN com diâmetro variando entre 25 e 40 cm Uma estaca do tipo strauss com diâmetro de 25 cm pode suportar até 20 toneladas de 32 cm até 30 t e de 38 cm chega a suportar 40 t A execução requer um equipamento constituído de um tripé de madeira ou de aço um guincho acoplado a um motor combustão ou elétrico uma sonda de percussão munida de válvula em sua extremidade inferior para a retirada de terra um soquete com aproximadamente 300 kg tubulação de aço com elementos de 2 a 3 metros de comprimento rosqueáveis entre si um guincho manual para retirada da tubulação além de roldanas cabos de aço e ferramentas A estaca strauss apresenta vantagem de leveza e simplicidade do equipamento que emprega o que possibilita a sua utilização em locais confinados em terrenos acidentados ou ainda no interior de construções existentes com o pé direito reduzido Outra vantagem operacional é de o processo não causa vibrações que poderiam provocar danos nas edificações vizinhas ou instalações que se encontrem em situação relativamente precária Aula 3 Fundações Profundas I UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 31 Como característica principal o sistema de execução usa revestimento metálico recuperável de ponta aberta para permitir a escavação do solo podendo ser em solo seco ou abaixo do nível dágua executandose estacas em concreto simples ou armado Execução Centralizase o soquete com o piquete de locação perfurase com o soquete a profundidade de 10 m furo este que servirá para a introdução do primeiro tubo que é dentado na extremidade inferior chamado de coroa cravandoo no solo A seguir é substituída pela sonda de percussão que por meio de golpes captura e retira o solo Quando a coroa estiver toda cravada é rosqueado o tubo seguinte e assim sucessivamente até atingir a camada de solo resistente providenciando sempre a limpeza da lama e da água acumulada dentro do tubo Substituindose a sonda pelo soquete é lançado no tubo em quantidade suficiente para terse uma coluna de 10 m o concreto meio seco Sem tirar a tubulação apiloase o concreto formando um bulbo e na sequência executase o fuste lançandose o concreto sucessivamente em camadas apiloadas retirandose a tubulação na sequência da operação A concretagem é feita até um pouco acima da cota de arrasamento da estaca deixandose um excesso para o corte da cabeça da estaca 314 Estacas Simplex Neste tipo de estaca a descida do tubo é feita por cravação e não por perfuração como é feita na estaca strauss Este tubo é espesso e provido de uma ponteira metálica Aula 3 Fundações Profundas I FUNDAÇÕES 32 recuperável ou elemento prémoldado de concreto perdido na concretagem para impedir a entrada de solo no interior do tubo Durante a descida do tubo utilizamos um pequeno peso servindo de sonda que fica suspenso dentro do molde por uma roldana presa ao topo do mesmo Desta maneira temos um modo de verificar se a ponteira de concreto permanece intacta durante a cravação Alcançada a profundidade desejada enchese o tubo até o topo com concreto plástico e por um movimento lento mas contínuo arrancase de uma só vez o tubo inteiro e a ponteira metálica 315 Estacas Franki Estas estacas abrangem a faixa de carga de 500 a 1700 kN e seu progresso executivo que consiste na cravação de um tubo com ponta fechada e execução de base alargada causando muita vibração podendo provocar danos nas construções vizinhas Na execução cravase o tubo no solo logo a seguir se derrama uma quantidade de concreto quase seco apiloado por meio de um pesado maço de modo a formar um tampão para impedir a entrada dágua e solo no interior do tubo que é arrastado e obrigado a penetrar no terreno Alcançado a profundidade desejada imobilizase o tubo e com percussões energéticas destacase o tampão o qual junto com uma carga de concreto é apiloado no terreno para a formação do bulbo Logo após lançamse novas quantidades de concreto que se apiloam ao mesmo tempo em que se efetua a retirada parcial do tubo elevando de 20 a 30 cm de cada vez Aula 3 Fundações Profundas I UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 33 Ao contrário das estacas prémoldadas estas estacas são recomendadas para o caso em que a camada resistente encontrase em profundidades variáveis Também no caso de terrenos com pedregulhos ou pequenos matacões relativamente dispersos podese utilizar esse tipo de estacas A forma rugosa do fuste garante boa aderência ao solo resistência por atrito Havendo a ocorrência de camada de argila rija poderá haver deslocamento da estaca já concretada por compressão lateral Nesse caso a solução é atravessar a camada de argila usando trado para evitar impactos 316 Estacas Tipo Raiz São estacas moldadas in loco perfuradas com circulação de água ou método rotativo ou rotativopercursivo em diâmetros variando de 130 a 450 mm e executadas com injeção de argamassa ou calda de cimento sob baixa pressão No caso de estacas raiz perfuradas exclusivamente em solos a perfuração é revestida com tubo metálico recuperável para garantir a integridade do fuste Se ocorrer perfuração em trecho de rocha passagem de matacões ou engastamento em rochas sãs isso se dará pelo processo rotativopercussivo sem a necessidade de revestimento metálico A estaca raiz é indicada para reforços de fundação complementação de obras ampliações locais de difícil acesso e em obras onde é necessário ultrapassar camadas rochosas fundações de obras com vizinhança sensível a vibrações ou poluição sonora ou ainda para obras de contenções de taludes Dependendo do equipamento utilizado as estacas podem ser executadas em ângulos diferentes da vertical 0 a 90 O equipamento perfuratriz é equipado com sistema de rotação e avanço do revestimento metálico provisório ou por máquinas a rotopercussão Aula 3 Fundações Profundas I FUNDAÇÕES 34 com martelo acionados a ar comprimido São equipamentos relativamente pequenos e robustos que possibilitam a operação em locais com espaços restritos no interior de construções existentes e locais subterrâneos Existem ainda equipamentos autônomos sobre trator de esteiras acionados por motor diesel para sua locomoção e para funcionamento do sistema hidráulico Completada a perfuração com revestimento total do furo é colocada a armadura necessária procedendose a seguir a concretagem do fuste com a correspondente retirada do tubo de revestimento A armadura pode ter a seção de aço modificada ao longo do fuste em função do diagrama de atrito lateral A concretagem é executada de baixo para cima aplicandose regularmente uma pressão rigorosamente controlada e variável em função da natureza do terreno Normalmente esta pressão varia de 0 a 04 Mpa 40 kgfcm² A argamassa de cimento e areia podendo utilizar cimento de alta resistência inicial quando houver a possibilidade de fuga da nata de cimento com resistência mínima de 18 Mpa Aula 3 Fundações Profundas I UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 35 Execução Perfuração com utilização de circulação dágua e revestida do furo Perfuração executada até a profundidade necessária cota de ponta da estaca Colocação da armação após limpeza final do interior do tubo Introdução de argamassa de cimento e areia sob pressão baixa Retirada do tubo de revestimento e aplicações parciais de ar comprimido 317 Estaca Hélice Contínua A estaca hélice contínua é uma estaca de concreto moldada in loco executada por meio de trado contínuo e injeção de concreto através da haste central do trado simultaneamente a sua retirada do terreno A perfuração consiste em fazer a hélice penetrar no terreno por meio de torque apropriado para vencer a sua resistência A haste de perfuração é composta por uma hélice espiral solidarizada a um tubo central equipada com dentes na extremidade inferior que possibilitam a sua penetração no terreno A metodologia de perfuração permite a sua execução em terrenos coesivos e arenosos na presença ou não do lençol freático e atravessa camadas de solos resistentes com índices de STPs acima de 50 dependendo do tipo de equipamento utilizado A velocidade de perfuração produz em média 250 m por dia dependendo do diâmetro da hélice da profundidade e da resistência do terreno Alcançada a profundidade desejada o concreto é bombeado através do tubo central preenchendo simultaneamente a cavidade deixada pela hélice que é extraída do terreno sem girar ou girando lentamente no mesmo sentido da perfuração O concreto normalmente utilizado apresenta resistência característica fck de 18 MPa é bombeável e composto de areia pedriscos ou brita 1 e consumo de cimento de 350 a 450 Kgm³ sendo facultativa a utilização de aditivos O abatimento ou Slump é mantido entre 200 e 240 mm Normalmente é utilizada bomba de concreto ligada ao equipamento de perfuração através de mangueira flexível O preenchimento da estaca com concreto é normalmente executado até a superfície de trabalho sendo possível o seu arrastamento abaixo da superfície do terreno guardadas as precauções quanto a estabilidade do furo no trecho não concretado e a colocação da armação Aula 3 Fundações Profundas I FUNDAÇÕES 36 O método de execução da estaca hélice contínua exige a colocação da armação após a sua concretagem A armação em forma de gaiola é introduzida na estaca por gravidade ou com o auxílio de um pilão de pequena carga ou vibrador As estacas submetidas a esforços de compressão levam uma armação no topo em geral de 2 a 55 m de comprimento No caso de estacas submetidas a esforços transversais ou de tração somente será possível para comprimentos de armações de no máximo 16 m m função do método construtivo No caso de armações longas as gaiolas devem ser constituídas de barras grossas e estribo espiral soldado na armação longitudinal para evitar a sua deformação durante a introdução no fuste da estaca 32 Estacas PréMoldadas Aula 3 Fundações Profundas I UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 37 321 Estacas PréMoldadas de Concreto Armado As estacas de concreto são indicadas para transpor camadas extensas de solo mole e em terrenos onde o plano de fundação se encontra a uma profundidade homogênea sem restrição ao seu uso abaixo do lençol freático As estacas podem ser de concreto centrifugado ou receber prótensão e exigem controle tecnológico na sua fabricação A principal desvantagem é a relacionada ao transporte que exige cuidado redobrado no manuseio e verificação de sua integridade momentos antes da sua cravação 322 Estacas Mega ou Prensada Este tipo de estacas é indicado para recuperação de estruturas que sofreram algum tipo de recalque ou dano ou para reforço de embasamento nos casos em que se deseje aumentar a carga sobre a fundação existente Na sua execução são empregados pessoal e equipamentos especializados e utilizam módulos de estacas prémoldados sendo sua cravação conseguida por reação da estrutura existente Os elementos constituem de uma ponta que pode ser em aço ou mais freqüente de concreto prémoldado e por módulos extensores em formato de tubo ou seja oco por dentro com encaixes de modo que fiquem bem travados A solidarização é conseguida após atingir a nega por reação colocandose a armadura e concretandose na parte oca da estaca deixando esperas Por fim é conveniente executar um bloco de coroamento logo acima de um travesseiro para solidarizar a estrutura a ser reforçada com a estaca prensada colocada Ponta é opcional Seção quadrada 20 x 20 25 x 25 30 x 30 35 x 35 Octogonal Estribo helicoidal Aula 3 Fundações Profundas I FUNDAÇÕES 38 323 BateEstacas A escolha do equipamento depende do tipo de estaca que vai ser utilizada e de um estudo prévio das condições do terreno da área de manobras das construções próximas dos acessos etc 3231 BATEESTACAS POR GRAVIDADE São os mais utilizados e de funcionamento mais simples constituído de uma massa metálica pilão ou martelo que içado por meio de guinchos cabos e uma torre ou tripé é deixado cair de uma altura determinada cravando a estaca com golpes sucessivos Embora de custo relativamente acessível tem como principal desvantagem sua lentidão pois não consegue ser manobrado facilmente Aula 3 Fundações Profundas I UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 39 3232 BATEESTACAS DE SIMPLES OU DUPLO EFEITO Em geral funcionam a vapor ou a ar comprimido proporcionando uma cravação mais rápida pois além da gravidade recebem um adicional de pressão no martelo Embora muito eficientes estão caindo em desuso A estrutura da torre a movimentação e a operação são muito semelhantes ao bateestaca comum de gravidade Os de simples efeito apenas recebem pressão no martelo de baixo para cima para elevar o martelo e a cravação se dá por gravidade Os de duplo efeito além da pressão de levantamento ocorre uma pressão adicional no momento da queda do martelo somandose o efeito da gravidade e da pressão adicional na cravação 3233 BATEESTACAS DE VIBRAÇÃO São equipamentos que dispensam o uso de torres tripés e guias necessitando apenas de um guindaste para fazer o acoplamento nas estacas As vantagens são a extrema rapidez e a versatilidade de operação e movimentação em canteiros com pouco espaço A cravação se dá por oscilação de massas excêntricas acionadas por eletricidade motor diesel ou ar comprimido 324 Capacidade de Carga das Estacas A determinação da resistência de estacas cravadas pode ser feita por meio da aplicação de fórmulas empíricas que relacionam a resistência da estaca com a penetração média ocorrida na última série de batidas do bateestaca Já para estacas moldadas in loco o ideal é realizar provas de carga de conformidade com a norma técnica A prova de carga também é necessária nas obras de maior vulto pois poderão indicar a possibilidade da redução dos coeficientes de segurança adotados e com isso auferir menos custo de Aula 3 Fundações Profundas I FUNDAÇÕES 40 execução dentro de uma garantia máxima de qualidade O Assunto será revisitado em aula futura 4 Blocos de Coroamento Os blocos de coroamento das estacas são elementos maciços de concreto armado que solidarizam as cabeças de uma ou um grupo de estacas distribuindo para ela as cargas dos pilares e dos baldrames As estacas devem ser preparadas previamente através de limpeza e remoção do concreto de má qualidade que normalmente se encontra acima da cota de arrasamento das estacas moldadas in loco Os blocos de coroamento têm também a função de absorver os momentos produzidos por forças horizontais excentricidade e outras solicitações Baseado e adaptado de UFG Carolina Barros Edições sem prejuízo de conteúdo Aula 4 Fundações Profundas II UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 41 Aula 4 Fundações Profundas II As fundações profundas são divididas em distintos grupos estacas cravadas escavadas e injetadas tubulões a céu aberto e ar comprimido e caixões Cada grupo apresenta conceitos diferentes metodologias próprias de execução e dimensionamento e são recomendados para casos específicos Nesta aula serão estudadas outros tipos de Fundações Profundas não abordadas na aula anterior 1 Tubulões Tubulões são indicados onde são necessárias fundações com alta capacidade de cargas superiores a 500 KN podendo ser executados acima do nível do lençol freático escavação a céu aberto ou até abaixo do nível de água ambientes submersos nos casos em que é possível bombear a água ou utilizar ar comprimido 11 Tubulão Encamisado Escavado a Céu Aberto Este tipo de tubulão é o de execução mais simples e consiste na escavação manual de um poço com diâmetro variando de 070 a 120 metro cujo emprego fica restrito a solos coesivos e acima de nível dágua Na medida em que vai sendo escavado o tubo de concreto prémoldado ou metálico vai descendo até a cota necessária tem sua base alargada em forma de tronco de cone circular ou elíptico sendo então totalmente preenchido de concreto simples ou armado No sistema chamado Chicago a escavação é feita em etapas manualmente com pá cortadeira e picareta em profundidades que podem variar de 050 m para argilas moles até 200 m para argilas duras As paredes são escoradas com pranchas verticais ajustadas por meio de anéis de aço escavandose novas camadas sucessivamente até atingir o solo resistente cota de assentamento onde é executado o alargamento da base cebola e após a liberação preenchese totalmente o poço com concreto Num outro sistema chamado Gow indicados para solos não coesivos são usados cilindros telescópicos de aço cravados por percussão que revestem o poço escavado a pá e picareta Atingida a cota desejada fazse o alargamento da base e juntamente com a concretagem procedese a retirada dos tubos Aula 4 Fundações Profundas II FUNDAÇÕES 42 12 Tubulão Encamisado a Ar Comprimido Quando a especificação para a execução do tubulão exige cotas de assentamento abaixo do lençol freático ou submersos a indicação é para a utilização de tubulões executados sob pressão hiperbárica a fim de expulsar a água e permitir a escavação manual ou com o uso de marteletes e até explosivos se for o caso Durante a fase de concretagem também há necessidade de se manter a pressurização que é feita com os seguintes equipamentos compressor de ar para fornecimento do ar comprimido campânula eclusa ou câmara de equilíbrio de pressão conjuntos de anéis de chapas de aço anéis de concreto tubos de concreto apropriados para tubulões escada tipo marinheiro guincho e baldes marteletes a ar comprimido e ferramentas diversas Por se trará de trabalho especial sob pressão hiperbárica em ambiente considerado insalubre com alto risco de vida para os trabalhadores só pode ser realizada por empresa registrada com pessoal especializado usando técnicas e equipamentos especiais O Ministério do Trabalho regulamenta as atividades sob condições hiperbáricas por meio do Anexo 6 da Norma Regulamentadora NR15 Aula 4 Fundações Profundas II UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 43 13 Vantagens sobre outros tipos de Fundações Quando comparados a outros tipos de fundações os tubulões apresentam as seguintes vantagens Os custos de mobilização e de desmobilização são menores que os de bate estacas e outro equipamentos As vibrações e ruídos provenientes do processo construtivo são de muito baixa intensidade Podese observar e classificar o solo retirado durante a escavação e compará lo às condições do subsolo previstas no projeto O diâmetro e o comprimento do tubulão pode ser modificado durante a escavação para compensar condições do subsolo diferentes das previstas As escavações podem atravessar solos com pedras e matacões sendo possível penetrar em vários tipos de rocha É possível apoiar cada pilar em um único fuste em lugar de diversas estacas eliminando a necessidade de bloco de coroamento Aula 4 Fundações Profundas II FUNDAÇÕES 44 2 Estacas de Contenção São estruturas de embasamento executadas em caráter preventivo contra desmoronamentos provocados principalmente pela ação da água por sobrecarga eou vibração de equipamentos próximos a trabalhos de abertura de valas poços escavação etc Essas estruturas podem ser provisórias ou seja que são retiradas depois de cumprirem com o objetivo estabelecido ou definitivas que são incorporadas à obra fazendo parte da estrutura de sustentação ou como elemento de contenção definitivo Outro aspecto importante a considerar é a proteção aos edifícios vizinhos e aos logradouros públicos calçadas e ruas próximos a local onde será necessário escavar Além das obras de contenção eventualmente é prudente contratar seguros para as instalações ameaçadas O mais importante é nunca iniciar uma obra sem ter absoluto controle sobre as consequências das escavações 21 Tipos de Escoramentos A escolha do tipo mais adequado método de execução e material a ser usado vai depender dos fatores envolvidos tais como a altura do talude escavação a consistência do terreno a ocorrência de chuvas a proximidade das edificações no entorno da obra o espaço disponível para operar equipamentos dos prazos e custos etc No quadro a seguir estão colocados os diversos tipos de escoramentos encontrados na área da construção civil urbana Aula 4 Fundações Profundas II UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 45 Outro tipo de proteção de taludes escavados quando não é viável a utilização de escoramento é a execução de patamares horizontais intercalados nos taludes inclinados chamados de bermas Esse recurso é muito utilizado em obras rodoviárias mas pode ser empregado em obras urbanas O cuidado a ser adotado na execução das bermas e taludes livres é a com o adequado destino das águas superficiais ou que afloram nos taludes por meio de canaletas e coletores drenagem e a proteção por meio de plantio de grama ou vegetação apropriada Aula 4 Fundações Profundas II FUNDAÇÕES 46 Painel de tábuas ou pranchões Escoras ou estroncas Travessão Estaca de madeira Guias Solo a ser escorado Perfis metálicos cravados Pranchas de madeira cunha Detahe do encunhamento Perfil I 12 x51 4 ou 10 x45 8 Aula 4 Fundações Profundas II UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 47 22 Paredes Diafragma São paredes de contenção verticais executadas em argamassa ou concreto simples ou armado podendo ainda servir de suporte de cargas e como camada de impermeabilização As paredes executadas com mistura de argila e cimento são diafragmas flexíveis e as executadas em concreto são diafragmas rígidos Embora tecnicamente simples o processo utiliza pessoal equipamentos e materiais especializados A escavação é feita por uma escavadeira de esteira equipada com Clamshell ou um trado batilon Para impedir o desabamento das paredes da escavação é utilizada uma suspensão estabilizadora aquosa de argila bentonita conhecida por lama bentonita que ficará protegendo contra desabamentos até a concretagem Abaixo o esquema mostra o processo construtivo da parede diafragma sendo que na 1ª etapa é feita a escavação conforme mostra a figura a seguir e na 2ª etapa são colocados os tubos para as juntas das extremidades Pranchas metálicas Pranchas de concreto Aula 4 Fundações Profundas II FUNDAÇÕES 48 23 Tirantes Ancorados Com a finalidade de contenção de taludes o uso de estacas combinado com tirantes protendidos é uma ótima solução para executar cortes e aterros em zonas de difícil estabilidade Em geral os tirantes são constituídos de fios barras ou cordoalhas de aço firmemente ancorados num maciço profundo Posteriormente caso o atirantamento seja definitivo é feita a prótensão e a injeção com tratamento contra corrosão A perfuração é feita com equipamento pneumático e o processo executivo depende da proteção que se deseja garantir Aula 4 Fundações Profundas II UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 49 Conjunto cabeça e cunha Placa de apoio Espaçadores Bainha separador Trecho livre Trecho ancorado Barra ou cordoalha Bulbo de ancoragem Aula 4 Fundações Profundas II FUNDAÇÕES 50 24 Estabilização de Taludes com Estacas Outra finalidade que pode ser atribuída às estacas é a possibilidade de se promover a estabilização de taludes com inclinação positiva As estacas são cravadas preferencialmente ou moldadas in loco nas encostas na zona de ruptura do terreno podendo ainda constituir cortinas ou receber tirantes Aula 4 Fundações Profundas II UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 51 25 Compactação do Solo As estacas podem servir também com vantagens sobre outros métodos para a compactação do terreno Ao ser cravada a superfície da estaca comprime o terreno e pode fazer com um terreno antes pouco resistente venha a adquirir grau de compacidade adequado para receber cargas A seguir as figuras mostram uma comparação entre três métodos de compactação Aula 4 Fundações Profundas II FUNDAÇÕES 52 3 Escolha da Fundação Nos quadros a seguir são apresentadas as informações que poderão ser úteis na escolha mais adequada da solução em termos de fundação para as obras de engenharia De qualquer modo é sempre importante lembrar que a escolha definitiva deve levar em conta o levantamento geológico realizado por técnicos especializados Aula 4 Fundações Profundas II UNIDADE 1 CONCEITOS ELEMENTARES 53 31 Normas Técnicas Baseado e adaptado de NBR ABMSABEF AZEREDO1987 Edições sem prejuízo de conteúdo Aula 5 Projeto de Fundações FUNDAÇÕES 54 Aula 5 Projeto de Fundações Quando o projeto estrutural é elaborado em separado do projeto de fundação considerase durante o dimensionamento das estruturas que a fundação terá um comportamento rígido indeslocável Na realidade tais apoios são deslocáveis e esse fator tem uma grande contribuição para uma redistribuição de esforços nos elementos da estrutura Nesta unidade serão abordados os conceitos para elaboração dos Projetos de Fundações e os elementos necessários para realizálos 1 Elementos de Projeto É consenso na literatura os seguintes elementos necessários para o desenvolvimento de um projeto de fundação Topografia da área levantamento topográfico planialtimétrico dados sobre taludes e encostas no terreno e dados sobre erosões ou evoluções preocupantes na geomorfologia Dados geológicosgeotécnicos investigações do subsolo sondagens outros dados geológicos e geotécnicos mapas fotos aéreas artigos sobre experiências na área Dados da estrutura a construir tipo e uso que terá a nova obra sistemas estrutural sistema construtivo cargas Dados sobre construções vizinhas número de pavimentos carga média tipo de estrutura e fundações desempenho das fundações existência de subsolo possíveis consequências de escavações e vibrações pela nova obra 11 Requisitos de um Projeto de Fundações Tradicionalmente os requisitos básicos a que um projeto de fundações deverá atender são Deformações aceitáveis sob as condições de trabalho Segurança adequada ao colapso do solo de fundações ou estabilidade externa Aula 5 Projeto de Fundações UNIDADE 2 CONCEITOS ELEMENTARES 55 Segurança adequada ao colapso os elementos estruturais ou estabilidade interna As consequências do nãoatendimento a esses requisitos se dão como a figura 12 Cargas e Segurança nas Fundações A NBR 612296 apresenta em seu capítulo 5 as diretrizes para considerações de cargas e fatores de segurança em projetos de fundações Alguns itens da Norma que tratam deste assunto são apresentados a seguir na forma de parágrafos Empuxos O empuxo hidrostático desfavorável deve ser considerado integralmente enquanto que o empuxo de terra ativo em repouso ou passivo deve ser compatível com a deslocabilidade da estrutura Fica vetada em obras urbanas a redução de cargas em decorrência de efeitos de subpressão Cargas dinâmicas Devem ser consideradas Amplitude das vibrações e possibilidade de ressonância no sistema estruturasolofundação Acomodação de solos arenosos Transmissão dos efeitos a estrutura ou outros equipamentos próximos Fator de segurança global As cargas admissíveis em elementos de fundação são obtidas pela aplicação de fatores de segurança conforme a tabela abaixo sobre os valores de capacidade de carga obtidos por cálculo ou experimentalmente Aula 5 Projeto de Fundações FUNDAÇÕES 56 No caso de fundações profundas só é permitido reduzir o fator de segurança quando se dispõe do resultados de um número adequado de provas de carga e quando os elementos ensaiados são representativos do conjunto da fundação ou a critério do projetista Análise de ruptura do solo os valores de cálculo da resistência do solo são determinados dividindose os valores característicos dos parâmetros de resistência da coesão C e do ângulo de atrito interno φ pelos coeficientes de ponderação da tabela abaixo O valor de cálculo da resistência ou capacidade de carga de um elemento de fundação pode ser determinado de três maneiras A partir de provas de carga A partir de métodos semiempíricos ou empíricos Emprego de métodos teóricos No primeiro caso devese aplicar o terceiro coeficiente de ponderação conforme tabela abaixo No segundo caso devese aplicar em dos primeiros coeficientes de ponderação conforme Tabela dependendo do tipo de fundação No terceiro caso uma vez que os parâmetros de resistência do solo foram reduzidos por coeficientes de ponderação o resultado obtido já é o valor de cálculo da resistência ou capacidade de carga do elemento de fundação Aula 5 Projeto de Fundações UNIDADE 2 CONCEITOS ELEMENTARES 57 2 Limites de Utilização É importante distinguir entre danos causados a elementos estruturais e danos causados a alvenaria divisórias e acabamentos Os movimentos das fundações afetam a aparência visual a função e a utilização mas é essencial reconhecer que prejuízos de natureza puramente estética não são muito importantes Essa importância depende do tipo e utilização da estrutura Na tabela a seguir é apresentada uma classificação de danos às paredes de edifícios de acordo com o seu uso O aparecimento de fissuras e sempre indício de que algo está acontecendo embora elas nem sempre decorram de deslocamentos da estrutura A NBR 612296 sugere que se faça um acompanhamento das fissuras medindose periodicamente as diagonais de um retângulo traçado de sorte a ser cortado pela fissura ou por meio de um fissurômetro ou outro qualquer instrumento de medida de precisão 21 Deformações Limites Uma estrutura ou edificação pode deformar de três maneiras conforme apresentado na Figura No primeiro modo chamado de recalque uniforme ocorrem danos estéticos e funcionais Caso a magnitude dos recalques seja elevada pode haver danos às ligações da estrutura com o exterior tubulações de água esgoto rampas escadas passarelas etc No segundo caso ocorrem danos estéticos devido ao desaprumo mais visível em edifícios altos e danos funcionais decorrentes do desnivelamento de pisos etc No terceiro caso além dos danos estéticos e funcionais mencionados anteriormente há também danos dessa mesma natureza decorrentes da fissuração além dos danos estruturais Aula 5 Projeto de Fundações FUNDAÇÕES 58 O ISE 1989 classifica as consequências dos deslocamentos das construções segundo critérios de aparência visual utilização e função da edificação e estabilidade e danos estruturais Aparência visual Movimentos relativos que provocam desaprumos e inclinações perceptíveis e antiestéticos Danos visíveis Para eliminar a influência de fatores subjetivos sugerese a classificação de danos segundo um dado critério conforme tabela abaixo esta tabela indicas apenas aspectos estéticos onde não há fissuras Utilização e função fissuras aceitas em um prédio industrial não são aceitas em um hospital ou escola Outros exemplos máquinas de precisão elevadores pontes rolantes etc Estabilidade e danos estruturais limitações de deformações para atender os aspectos abordados anteriormente em geral garantem a estabilidade da obra e a ausência de danos estruturais que possam comprometer a segurança da obra Salvo casos de estruturas muito rígidas que podem tombar sem apresentar previamente fissuração apreciável Aula 5 Projeto de Fundações UNIDADE 2 CONCEITOS ELEMENTARES 59 Diante dos problemas decorrentes de movimentos exagerados de fundações seria de todo interesse prático que se estabelecesse limites aceitáveis No entanto fixar limites de movimentos de uma fundação esbarra com enormes dificuldades diante da gama de materiais envolvidos nas construções como também na dificuldade de se avaliar a interação fundaçãoestrutura de um dado problema A quantificação das deformações admissíveis figura a seguir é feita em geral em termos de distorções angulares e danos associados sugeridos por Bjerrum 1963 e complementados por Vargas e Silva 1973 apud Teixeira e Godoy 1998 Para determinação da distorção angular entre elementos de fundação adotase o critério apresentado na Figura a seguir Aula 5 Projeto de Fundações FUNDAÇÕES 60 β δ L ρ1 ρ2 L12 Onde ρ são recalques absolutos δ são recalques diferenciais L é a distância entre eixos de pilares A fixação de recalques absolutos limites é mais difícil que a fixação de recalques diferenciais distorções angulares limites A orientação dada é seguir o tratamento dado por Terzaghi e Peck 1967 separando as fundações em areias das fundações em argilas Areias δmáx 25 mm ρmáx 40 mm para sapatas isoladas ρmáx 65 mm para radier Argilas δmáx 40 mm ρmáx 65 mm para sapatas isoladas ρmáx 65 a 100 mm para radier Baseado e adaptado de Luis Fernando P Sales Edições sem prejuízo de conteúdo Aula 6 Investigação do Subsolo UNIDADE 2 CONCEITOS ELEMENTARES 61 Aula 6 Investigação do Subsolo O projetista de fundações deve se envolver com o processo de investigação do subsolo desde o início Infelizmente na prática isso frequentemente não acontece Ao projetista é entregue junto com as informações sobre a estrutura para a qual deve projetar fundações um conjunto de sondagens Havendo dúvidas sobre as informações do subsolo o projetista pode solicitar sondagens complementares 1 Programa de Investigação Para uma investigação adequada do subsolo devese inicialmente definir um programa com base nos objetivos a serem alcançados As etapas são Investigação preliminar conhecer as principais características do subsolo Investigação complementar ou de projeto esclarecer feições relevantes do subsolo e caracterizar as propriedades das camadas de solos mais importantes Investigação para a fase de execução visa confirmar as condições de projeto em áreas críticas da obra A NBR 803683 fixa condições exigíveis na programação das sondagens de simples reconhecimento dos solos destinada à elaboração de projetos geotécnicos para construção de edifícios Esta programação abrange o número a localização e a profundidade das sondagens A seguir são apresentados alguns itens da NBR 803683 que devem ser atendidos na análise de investigação geotécnica do subsolo 11 Número e Locação das Sondagens Dependem do tipo da estrutura suas características especiais e das condições geotécnicas do subsolo Deve ser suficiente para fornecer informações da provável variação das camadas do subsolo do local em estudo As sondagens devem ser Aula 6 Investigação do Subsolo FUNDAÇÕES 62 Obs Nos casos em que não houver ainda disposição em planta dos edifícios o número de sondagens deve ser fixado de forma que a distância máxima entre elas seja de 100 m com um mínimo de 3 três furos 12 Profundidade das Sondagens A exploração deve ser levada a profundidades tais que incluam todas as camadas impróprias ou que sejam questionáveis como apoio de fundações de tal forma que não venham a prejudicar a estabilidade e o comportamento estrutural ou funcional do edifício 2 Tipos de Investigação do Subsolo O objetivo da geotecnia é exatamente o de determinar tanto quanto possível sob fundamentação científica a interação terrenofundaçãoestrutura com o fim de prever e adotar medidas que evitem recalques prejudiciais ou ruptura do terreno como o conseqüente colapso da obra Em outras palavras o objetivo é alcançar maior estabilidade e menor custo da obra além da proteção de obras vizinhas A elaboração de projetos geotécnicos em geral e de fundações exige um conhecimento adequado dos solos É necessário identificar classificar e analisar as diversas camadas que compõem o subsolo assim como a avaliação das suas propriedades referentes à engenharia A obtenção de amostras para identificação e classificação dos solos exige a execução de ensaios de campo no entanto a determinação das propriedades de engenharia em princípio pode ser feita através de ensaios laboratoriais ou de ensaios de campo Entretanto há predominância dos ensaios in situ ficando a investigação laboratorial restrita a alguns poucos casos de solos coesivos Os principais processos de investigação geotécnica de campo para fins de projeto de fundações serão detalhados a seguir Aula 6 Investigação do Subsolo UNIDADE 2 CONCEITOS ELEMENTARES 63 21 Poços e Sondagens a Trado Os poços são escavações manuais geralmente não escoradas que avançam até que se encontre o nível do lençol freático ou até onde for estável Os poços permitem em exame do solo nas paredes e fundo da escavação e a retirada de amostras indeformadas tipo bloco Figura As sondagens a trado são perfurações executadas com um dos tipos de trado mostrados na Figura A profundidade também está limitada à profundidade do nível do lençol freático e as amostras retiradas são deformadas Este tipo de investigação é normalizado pela NBR 9603 Aula 6 Investigação do Subsolo FUNDAÇÕES 64 22 Sondagem a Percussão SPT O ensaio de penetração dinâmica SPT normalizado pela NBR 648480 é realizado a cada metro na sondagem a percussão O ensaio consiste na cravação de um amostrador padrão chamado originalmente de RaymondTerzagui por meio de golpes de um peso de 65 kgf caindo a uma altura de 75 cm Anotase o número de golpes necessários para cravar o 45 cm do amostrador em três conjuntos de golpes para cada 15 cm O resultado do ensaio SPT Nspt é o número de golpes necessário para cravar os 30 cm finais do amostrador As sondagens a percussão são perfurações capazes de ultrapassar o nível do lençol freático e atravessar solos relativamente compactos ou duros O furo é revestido se apresentar parede instável A perfuração avança na medida em que o solo desagregado com o auxílio do trépano é removido por circulação de água lavagem O ensaio tem como limitações quando encontra matacões conglomerados ou profundidades maiores que 40m 221 Procedimentos Procedimento de ensaio Para iniciar uma sondagem montase sobre o terreno na posição de cada perfuração um cavalete de quatro pernas erroneamente chamado de tripé Um equipamento para sondagem SPT é apresentado na Figura abaixo No topo do tripé é montado um conjunto de roldanas por onde passa uma corda usualmente chamada de cisal Este conjunto de tripé e roldanas tem função de auxiliar o levantamento do martelo Na maioria das vezes o início do furo coincide com a superfície do terreno Com auxílio de um trado cavadeira perfurase até 1m de profundidade Recolhese e acondicionase uma amostra representativa de solo que é identificada como amostra zero Em uma das extremidades de uma composição de haste de 1 acoplase o amostrador padrão 1 38 e 2 de diâmetro interno e externo respectivamente Este é apoiado no fundo do furo aberto com o trado cavadeira Erguese o martelo com auxílio do conjunto de roldanas e corda até uma altura de 75 cm acima do topo da composição de haste e deixase que caia sobre esta em queda livre Este procedimento é realizado até a penetração de 45 cm do amostrador padrão no solo Aula 6 Investigação do Subsolo UNIDADE 2 CONCEITOS ELEMENTARES 65 Quando retirado o amostrador do furo é recolhida e acondicionada a amostra contida em seu bico Quando observadas mudanças de tipo de solo que as caracteriza deve também ser armazenada e identificada Prosseguese a abertura de mais um metro de furo até alcançar a cota seguinte para tal utilizase um trado helicoidal que remove o material quando se tem determinada coesão e não está abaixo do nível do lençol freático Caso não seja possível o avanço a trado devido a resistência exagerada do solo ou pela presença de água no lençol freático prosseguese a perfuração com auxílio da circulação de água Neste caso a água é injetada na composição da haste que leva na sua extremidade inferior não o amostrador mas sim o trepano Esta água é injetada no solo sob pressão fazendo com que a água injetada rompa a estrutura do solo Os dados coletados e medidos em campo são preenchidos em planilha de forma a se cadastrar todas as informações pertinentes à identificação das camadas de solo e suas características geotécnicas profundidade cor textura resistência à penetração do amostrador Aula 6 Investigação do Subsolo FUNDAÇÕES 66 222 Informações Obtidas O ensaio SPT tem uma primeira utilidade na indicação da compacidade e solos granulares areias e siltes arenosos e da consistência de solos argilosos argilas e siltes argilosos A NBR 648480 prevê que o boletim de sondagem forneça junto com a classificação do solo sua compacidade ou consistência de acordo com as Tabelas a seguir Uma questão importante quando o projetista se propõe a utilizar ábacos tabelas etc baseados na experiência estrangeira é a da energia aplicada no ensaio SPT que varia com método de aplicação dos golpes No Brasil o sistema de aplicação de golpes é manual e a energia aplicada é da ordem de 72 N72 da energia nominal Nos EUA o sistema de aplicação de golpes é mecanizado e a energia é da ordem de 60 N60 Assim antes de se utilizar uma correlação baseada na experiência americana o número de golpes obtido com uma sondagem brasileira pode ser majorado de 10 a 20 N72Brasil N60USA 12 Ou ainda N72 10 Nspt 102 Aula 6 Investigação do Subsolo UNIDADE 2 CONCEITOS ELEMENTARES 67 23 Sondagem Rotativa ou Mista Na ocorrência de elementos de rocha que precisem ser ultrapassados no processo de investigação caso de matacões e blocos ou que precisem ser caracterizados utilizamse as sondagens rotativas Na Figura abaixo é apresentado um desenho esquemático do processo executivo de perfuração que consiste basicamente em fazer girar s hastes pelo cabeçote de perfuração e em forçálo para baixo sistema hidráulico No topo das hastes há acoplamento que permite a ligação da mangueira de água com as hastes que estão girando A melhor indicação da qualidade de uma rocha é o RDQ Rock Quality Designation que consiste num cálculo de percentagem de recuperação em que apenas os fragmentos maiores que 10 cm são considerados Na determinação do RDQ apenas barriletes duplos podem ser utilizados A classificação da rocha de acordo com o RDQ está apresentada na Tabela Aula 6 Investigação do Subsolo FUNDAÇÕES 68 3 Ensaio de Cone CPT Originalmente desenvolvido na Holanda na década de 30 para investigar solos moles o ensaio de cone CPT se difundiu no mundo todo graças à qualidade de suas informações VELLOSO LOPES 2004 O ensaio consiste basicamente na cravação a velocidade lenta e constante 2 cms de uma haste com ponta cônica medindose a resistência encontrada na ponta e a resistência por atrito lateral ver Figura Esse ensaio é normalizado pela NBR 12069 Um resultado típico do ensaio de cone é mostrado na Figura No primeiro gráfico é apresentado um perfil da resistência de ponta e de atrito lateral local O segundo gráfico apresenta a razão entre o atrito lateral e a resistência de ponta denominado R que permite uma classificação das camadas de solos atravessados uma vez que não há amostragem neste ensaio O terceiro gráfico apresenta poropressão medida no ensaio que é possível quando se utiliza um Piezocone Quando se está atravessando uma camada de argila mole podese parar a cravação e observar a velocidade de dissipação do excesso de poropressão Operação esta conhecida como Ensaio de Dissipação Aula 6 Investigação do Subsolo UNIDADE 2 CONCEITOS ELEMENTARES 69 Na Figura abaixo está apresentada a relação entre a razão de atrito resistência de ponta do cone e o tipo de solo Este tipo de gráfico é utilizado como elemento de consulta para classificação do solo e interpretação do resultado do ensaio 31 Correlação entre SPT e CPT Devido à existência de bancos de dados não só no exterior como também no Brasil relacionando tanto resultados de SPT como de CPT e piezocone ao comportamento de fundações é de todo interesse que se disponha de correlações entre os dois ensaios No Brasil existem correlações baseadas em um número grande de dados tanto para os solos do Rio de Janeiro como para solos de São Paulo No RJ os valores são sugeridos por Danziger e Velloso 1986 1995 enquanto para SP são propostos por Alonso 1980 Aula 6 Investigação do Subsolo FUNDAÇÕES 70 Vale salientar que os valores da Tabela correspondem ao Nspt sem qualquer correlação ou seja para as condições de energia usualmente empregadas no Brasil Ver em Danziger e Velloso 1995 os valores relativos a N60 4 Parâmetros Geotécnicos dos Solos 41 Resistência ao Cisalhamento dos Solos Num projeto de fundação superficial cabe ao projetista avaliar a capacidade de suporte do terreno assegurando que este não sofra ruptura por excesso de carga ou mesmo por deformações excessivas Os solos oferecem resistência ao cisalhamento devido à parcela de atrito interno entre grãos φ e coesão entre grãos e água c sendo estes parâmetros típicos de solos granulares e coesivos respectivamente Por meio a ação do atrito interno ou da coesão ou ainda da combinação de ambos é possível avaliar a resistência ao cisalhamento de um solo e por consequência a estabilidade do elemento de fundação apoiado sobre este Na Figura são apresentados desenhos esquemáticos da estrutura dos solos granulares e coesivos Percebese que os solos granulares possuem maior espaço de vazios entre grãos o que lhes garante uma maior permissividade hidráulica Sua resistência se deve ao contato físico entre grãos Já os solos coesivos apresentam menor espaço de vazios sendo menos permeável e sua resistência se deve à adesão molecular entre a água e o grão lamelar Aula 6 Investigação do Subsolo UNIDADE 2 CONCEITOS ELEMENTARES 71 Na Figura seguinte é possível identificar o mecanismo de ruptura de solos compressíveis submetidos a esforços de compressão pelo carregamento de uma sapata Percebese que a formação da superfície de ruptura ocorre na interface entre grãos onde imperam os efeitos de atrito interno em solos granulares ou coesão solos coesivos A ruptura ocorre por cisalhamento e não por compressão ou esmagamento dos grãos Como resistência ao carregamento o solo possui uma tensão cisalhante máxima τresist decorrente da ação conjunta dos parâmetros geotécnicos atrito e coesão e esforço normal oriundo da densidade σ τresist c σ tg Aula 6 Investigação do Subsolo FUNDAÇÕES 72 Onde τesist é a tensão cisalhante de resistência do solo σ é a tensão normal ao plano cisalhante c é a coesão do solo ɸ é o atrito interno do solo 42 Determinação dos Parâmetros Geotécnicos do Solo 421 Ensaios de Laboratório Como forma de determinar a resistência ao cisalhamento dos solos e por consequência os parâmetros geotécnicos de resistência atrito interno e coesão temse Ensaio de cisalhamento direto Ensaio triaxial 422 Correlações Por meio de resultados de ensaios de campo e correlações empíricas temse Sondagem tipo SPT Nspt Ensaio de palheta apenas para determinação do Su Coesão c 10 N72 KPa c N7250 kgfcm² sendo c 070c N7210 e c 085c 11 N7235 Ângulo de atrito interno ɸ 28o 04 N72 ɸ 20o 04 N72 ɸ 15o 04 N72 20 N72 15 Aula 6 Investigação do Subsolo UNIDADE 2 CONCEITOS ELEMENTARES 73 Peso específico Não havendo ensaios de laboratório podese adotar o peso específico efetivo do solo a partir dos valores aproximados das Tabelas abaixo em função da consistência da argila e da compacidade da areia respectivamente Baseado e adaptado de Luis Fernando P Sales Edições sem prejuízo de conteúdo Aula 7 Fundações Superficiais Tensões no Solo FUNDAÇÕES 74 Unidade 2 Dimensionamento Aula 7 Fundações Superficiais Tensões no Solo O texto apresenta o dimensionamento dos elementos de fundação conforme os procedimentos contidos na NBR 61182014 Projeto de estruturas de concreto Procedimento e os comportamentos dos solos de fundações em um nível adequado ao curso para Técnico em Edificações 1 Capacidade de Carga Capacidade de carga é a tensão que provoca a ruptura do maciço de solo em que a fundação está embutida Considere uma sapata retangular com largura B e comprimento L assente à profundidade D ou h em relação à superfície do terreno O aumento da carga P aplicada à sapata mobiliza tensões resistentes no maciço de solo com valor médio dado por σ P BL Com o acréscimo da carga há o surgimento de uma superfície potencial de ruptura no interior do maciço de solo mobilizando sua resistência máxima até atingir a tensão de ruptura σr ou seja a capacidade de carga do sistema sapatasolo Capacidade de carga da sapata depende do solo Sapatas idênticas em solos diferentes a capacidade de carga não será a mesma Capacidade de carga do solo depende de características da sapata geometria profundidade de embutimento etc Solos idênticos com sapatas diferentes a capacidade de carga não será a mesma Aula 7 Fundações Superficiais Tensões no Solo UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 75 2 Mecanismos de Ruptura As curvas cargarecalque de solos podem ter diferentes formas Vésic 1963 apud Velloso e Lopes 2004 distinguiu três tipos de ruptura conforme apresentado na Figura a seguir a Ruptura generalizada é caracterizada pela existência de um mecanismo de ruptura bem definida e constituído por uma superfície de deslizamento que vai de uma borda da fundação à superfície do terreno Em condições de tensão controlada que é o modo de trabalho da maioria das fundações a ruptura é brusca e catastrófica Durante o processo de carregamento registrase um levantamento do solo em torno da fundação Ocorre em solos de boa resistência b Ruptura por puncionamento é caracterizada por um mecanismo de difícil observação A medida que cresce a carga o movimento vertical da fundação é acompanhado pela compressão do solo imediatamente abaixo A penetração da fundação é possibilitada pelo cisalhamento vertical em torno do perímetro da fundação O solo fora da área carregada praticamente não participa do processo Ocorre em areias fofas e argilas moles c Ruptura localizada é caracterizada por um modelo que é bem definido apenas imediatamente abaixo da fundação Este modelo consiste de uma cunha e superfícies de deslizamento que se iniciam junto às bordas da fundação porém não há levantamento do solo em torno A compressão vertical sob a fundação é significativa Ocorre em solos intermediários Aula 7 Fundações Superficiais Tensões no Solo FUNDAÇÕES 76 Na Figura são apresentados desenhos esquemáticos da transmissão de tensão ao solo pela base de uma sapata e o mecanismo de ruptura considerado na teoria de Terzagui Tais modelos serão adotados para entendimento da metodologia de análise da capacidade de suporte de fundações superficiais 3 Análise da Capacidade de Suporte Entendendo que a tensão transmitida pela base de uma sapata não pode atingir valores próximos da tensão de ruptura do solo sob o risco de colapsar a obra devese avaliar a capacidade de suporte da fundação considerando os fatores de segurança inerentes Para analisar a capacidade de suporte de fundações superficiais podese adotar os seguintes métodos de cálculo Métodos teóricos racionais são aqueles que utilizam teorias tais como a de Terzagui Brinch Hansen e Vésic adicionadas a parâmetros geotécnicos do solo c φ e γ obtidos em ensaios laboratoriais Métodos empíricos baseados na experiência do autor ou no SPT ou ainda em recomendações de normas Devem ser utilizados com muita cautela e somente como ponto de partida para prédimensionamentos Entretanto apesar disso constituem m excelente ponto de referência de cálculo Provas de cargas este método aliado a uma adequada interpretação e definição da carga de ruptura é o melhor e o mais recomendado método para definição da capacidade de suporte de uma fundação Em função dos custos elevados e dificuldade de execução as provas de cargas em especial Aula 7 Fundações Superficiais Tensões no Solo UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 77 estáticas são poucos realizadas na prática corriqueira de engenharia de fundações Por mais elaboradas que sejam as teorias para o cálculo da capacidade de suporte Por melhor que sejam os ensaios laboratoriais para obtenção dos parâmetros geotécnicos do solo Por mais sofisticados que sejam os ensaios in situ o bom senso a análise dos resultados de obras vizinhas e semelhantes a comparação com formulações simples devem obrigatoriamente ser determinantes de um bom projeto de fundações 31 Métodos Teóricos ou Racionais 311 Método de Terzagui Karl Terzagui partiu dos estudos de Prandtl 1921 e Reissner 1924 e apresentou a equação tradicional para o cálculo da capacidade de suporte de fundações superficiais σrup c Nc Sc 05 B ɣ N ɣ S ɣ q Nq Sq Onde σ é a capacidade de carga ou tensão de ruptura dos solos c é a coesão do solo B é a largura da base da sapata γ é o peso específico do solo subjacente à sapata Nc Nγ e Nq são fatores de capacidade de carga Tabela Sc Sγ e Sq são fatores de forma da sapata Tabela q γ Df é a sobrecarga de embutimento da sapata Terzagui propõe para casos de sapatas apoiadas em solos compressíveis Nspt 5 c 23 c tan φ 23 tan φ Coesão Atrito Sobrecarga Aula 7 Fundações Superficiais Tensões no Solo FUNDAÇÕES 78 312 Método de Vésic Vésic 1975 apud Velloso e Lopes 2004 é um dos principais autores sobre o tema capacidade de carga de fundações Partiu de seus estudos a identificação dos tipos de ruptura do solo Vésic sugere a adoção da equação proposta por Terzagui sendo que sejam utilizados os fatores de capacidade de carga de CaquotKérisel 1953 e fatores de forma da sapata de De Beer 1967 σrup c Nc Sc 05 B ɣ N ɣ S ɣ q Nq Sq σ é a capacidade de carga ou tensão de ruptura dos solos c é a coesão do solo B é a largura menor da base da sapata γ é o peso específico do solo subjacente à sapata Nc Nγ e Nq são fatores de capacidade de carga Tabela Sc Sγ e Sq são fatores de forma da sapata Tabela q γ Df é a sobrecarga de embutimento da sapata Aula 7 Fundações Superficiais Tensões no Solo UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 79 313 Método de Brinch Hansen Brinch Hansen 1970 apud Berberian 2003 apresentou uma equação no mesmo formato da equação de Terzagui corrigindoa para sapatas quadradas circulares e retangulares sapatas com profundidades intermediárias cargas inclinadas A equação apresentada por Hansen é especialmente interessante para sapatas submetidas a cargas excêntricas e inclinadas cuja equação fornece a tensão de ruptura que atua na área útil A mais fortemente carregada da fundação σrup c Nc Sc dc ic 05 B ɣ N ɣ S ɣ d ɣ i ɣ q Nq Sq dq iq Onde c é a coesão do solo B é a largura menor da base da sapata L é a largura maior da base da sapata γ é o peso específico do solo subjacente à sapata Nc Nγ e Nq são fatores de capacidade de carga Tabela Sc Sγ e Sq são fatores de forma da sapata Tabela dc dγ e dq fatores de embutimento da sapata Tabela Aula 7 Fundações Superficiais Tensões no Solo FUNDAÇÕES 80 ic iγ e iq fatores de inclinação da sapata em geral 10 q γ Df é a sobrecarga de embutimento da sapata Df profundidade de assentamento da sapata 314 Influência do Lençol Freático NA Ao observarmos as equações de capacidade de suporte do solo para fundações superficiais vemos que a água ao submergir o solo afeta o valor de γ que está presente em dois termos Aula 7 Fundações Superficiais Tensões no Solo UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 81 q Nq γ Df Nq sobrecarga do solo lateral na sapata 05 B γ Nγ parcela da densidade do solo subjacente à sapata Para analisar a influência do NA podemos ter dois casos Figura Caso 1 o NA está entre a superfície do terreno e a cota da base da sapata Caso 2 o NA está abaixo da cota da base da sapata dentro da área de influência do carregamento Procedimento de cálculo para o Caso 1 q γnat za γsub Df za usar γsub no termo em γ Procedimento de cálculo para o Caso 2 q γnat Df γ γsub aB γnat γsub Exemplo Considere os resultados de SPT para os primeiros metros de prospecção realizado em um terreno praticamente plano Nota para as proposições apresentadas sugerese ao estudante observar os fatores que influem no dimensionamento geotécnico da fundação e consequentemente na adoção das várias opções para o seu projeto São realizadas várias análises com finalidade didática contribuindo assim na fixação dos conceitos além de serem feitas várias hipóteses com finalidade de comparações de resultados Aula 7 Fundações Superficiais Tensões no Solo FUNDAÇÕES 82 Determine a capacidade de carga para uma sapata corrida assente no horizonte de areia para a mínima escavação com 20 m de largura em seguida será feito o cálculo considerando a hipótese dos materiais de subsolo ocorrem em posição inversa Adimitase a Argila N 6 média γ 16 tm³ c 25 tm³ ф 0o b Areia N 9 média compacta γ 19 tm³ c 0 tm³ ф 35o Resolução 1º Passo Avaliação dos parâmetros valores obtidos por correlação empírica tabelas Aula 7 Fundações Superficiais Tensões no Solo UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 83 Por Terzagui atentar pela fórmula de resolução pois as tabelas variam de valores na página 78 extraímos os seguintes valores para as incógnitas da equação Ruptura Generalizada para o ângulo fornecido ф 35o pois a Sapata está assente na areia temos Sc 1 S ɣ 1 e Sq 1 Nc 58 N ɣ 42 e Nq 41 2º Passo Aplicação da Fórmula Temos por Terzagui a seguinte equivalência σrup c Nc Sc 05 B ɣ N ɣ S ɣ q Nq Sq σrup 0 1 58 05 2 19 42 1 q 41 1 Sabemos que q é o produto entre a densidade do solo acima da sapata pela sua profundidade de assentamento q ɣ Df relação demonstrada na página 78 Portanto q ɣargila Df q 16 tm³ 15 m q 24 tm² Retomando a equação σrup 798 24 41 1 σrup 798 984 σrup 1782 tm² σrup 178 kgfcm² 32 Métodos Empíricos Os métodos empíricos são aqueles em que a capacidade de carga é obtida com base na descrição das condições do terreno e em tabelas de tensões básicas Da NBR 61221996 A norma brasileira de Projeto e Execução de Fundações apresenta uma tabela de valores da tensão admissível do solo Tabela para casos de pilares com cargas inferiores a 300 t 3000 kN Aula 7 Fundações Superficiais Tensões no Solo FUNDAÇÕES 84 Nota a No caso de qualquer outra rocha cáustica devem ser feitos estudos especiais ocorrência de cavernas Nota b Para rochas alteradas ou em decomposição devese levar em consideração a natureza da rocha matriz e o grau de decomposição ou alteração Nota c Os valores da Tabela válidos para largura de 2m devem ser modificados em função das dimensões e da profundidade das fundações conforme descrito na própria Norma Aula 8 Fundações Superficiais Análises UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 85 Aula 8 Fundações Superficiais Análises Ao aplicar carga em uma fundação superficial inevitavelmente ocorrerão recalques que em geral são da ordem de poucas dezenas de milímetros mas que podem chegar a centenas e até excepcionalmente milhares de milímetros Assim a hipótese de apoio fixo para pilares geralmente feitas no cálculo estrutural é mera ficção 1 Análise de Recalques Definese recalque de uma sapata por exemplo como sendo a deslocamento vertical para baixo da base da sapata em relação ao indeformável Esse deslocamento é resultante da deformação do solo diminuição de volume eou mudança de forma Os recalques podem ser classificados em Recalque total ou absoluto ρ Recalque diferencial ou relativo δ Distorção angular δl Caso o terreno de fundação fosse homogêneo e todas as sapatas tivessem as mesmas dimensões os recalques seriam praticamente uniformes Mas a variabilidade do solo em termos de compressibilidade gera recalques desiguais Além disso o tamanho das sapatas em um edifício pode variar muito em decorrência das cargas nos pilares serem diferentes o que em argilas principalmente é fonte adicional de recalque diferencial Neste capítulo apresentaremos os mecanismos de avaliar e quantificar os recalques absolutos das sapatas isoladas O recalque absoluto ρ que dá origem ao recalque diferencial e aos movimentos do edifício pode ser decomposto em três parcelas recalque imediato ρi recalque por adensamento ρa e recalque secundário ou creep ρs De forma que temse ρ ρi ρa ρs Aula 8 Fundações Superficiais Análises FUNDAÇÕES 86 11 Recalque Imediato em Argilas 111 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 de argilas préadensadas Sendo σ a tensão média transmitida pela base da sapata à superfície superior da camada de argila o recalque imediato é dado pela equação abaixo oriunda da Teoria da Elasticidade ρi σsap B 1 υ2 Es Iρ Onde ρi recalque imediato em argila B largura menor da base da sapata σsap tensão aplicada na base da sapata Iρ fator de influência que depende da rigidez e forma da sapata Tabela υ coeficiente de Poisson do solo Tabela Es módulo de deformabilidade do solo Aula 8 Fundações Superficiais Análises UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 87 Para determinação do módulo de deformabilidade do solo Es quando não se dispõem de ensaios de laboratório nem prova de carga podese utilizar correlações com a resistência de ponta do cone qc ou a resistência à penetração da sondagem SPT Nspt Es α qc α K N72 112 Camada Finita Em muitos casos a camada argilosa deformável é de espessura finita sobreposta a um material que pode ser considerado rígido ou indeformável Esse problema foi resolvido por Jambu 1956 apud Cintra Aoki Albiero 2003 de forma que ρi μ0 μ1 σsup B Es Onde Aula 8 Fundações Superficiais Análises FUNDAÇÕES 88 ρi recalque imediato em argila B largura menor da base da sapata σsap tensão aplicada na base da sapata µ0 depende das relações hB e LB µ1 depende das relações HB e LB 12 Recalques Imediatos em Areias 121 Teoria da Elasticidade A estimativa de recalques imediatos pela Teoria da Elasticidade considera o solo como um material homogêneo em que o módulo de deformabilidade Es é constante com a profundidade Este caso vale para as argilas mas não para as areias Entretanto com a introdução dos fatores µ0 e µ1 podese ajustar a equação da Teoria da Elasticidade para solos arenosos introduzindo um fator de majoração de 121 Segundo Autores o resultado será razoavelmente satisfatório se o valor de Es for bem escolhido Dessa maneira temse Aula 8 Fundações Superficiais Análises UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 89 ρi 121 μ0 μ1 σsup B Es Onde ρi recalque imediato em argila B largura menor da base da sapata σsap tensão aplicada na base da sapata µ0 depende das relações hB e LB µ1 depende das relações HB e LB 122 Método de Schmertmann Por meio de análises teóricas estudos em modelos e simulações pelo método dos elementos finitos o autor pesquisou a variação da deformação vertical ao longo da profundidade em solos arenosos homogêneos sob sapatas rígidas Schmertmann observou que a deformação máxima não ocorre no contato com a base da sapata mas a uma certa profundidade em torno de z B2 A partir dessa profundidade as deformações diminuem gradualmente e podem ser desprezadas depois de z 2B Embutimento de Sapata considerando que um maior embutimento da sapata no solo pode reduzir o recalque em até 50 o autor define um fator de correção do recalque C1 dado por C1 1 05 q σ 05 Onde q sobrecarga de solo sobre a sapata Aula 8 Fundações Superficiais Análises FUNDAÇÕES 90 σ tensão líquida aplicada pela sapata σ σsap q Efeito do Tempo O monitoramento de sapatas em areias mostra que além do recalque imediato outra parcela de recalque se desenvolve com o tempo à semelhança da compressão secundária em argilas Por isso autor adota um fator de correção C2 da do por C2 1 02 log t 01 Onde t é o tempo em anos Em geral adotase C2 1 A formulação de Schmertmann considerando os fatores de correção do embutimento da sapata e do tempo então é dada por ρi C1 C2 σ Iz Es z Onde Iz fator de influência na deformação à meia altura da iésima camada σ tensão líquida aplicada pela sapata σ σsap q Es módulo de deformabilidade da iésima camada z espessura da iésima camada Iz 12 zB para z B2 Iz 04 2 zB para B2 z 2B Onde z é a profundidade contada a partir da base da Sapata 123 Método de Décourt Para solos arenosos Décourt propôs o cálculo do recalque da uma sapata em forma de placa em função do Nspt pela relação ρi 27 σsap B07 N72 Onde ρi cm σsap MPa e B m Aula 8 Fundações Superficiais Análises UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 91 2 Projeto Geométrico de Fundações sobre Sapatas O Objetivo do tópico é determinar as dimensões em planta e a locação de sapatas para todos os pilares da obra O dimensionamento é um problema de duas incógnitas A e B cuja solução requer duas equações Os próximos parágrafos tratam de como obtêlas A notação a ser utilizada é dada a seguir 21 Prérequisitos e Condicionantes São dados pelos pontos a seguir Planta de locação e de cargas nos pilares Materiais solos constituintes das camadas e sua geometria tridimensional sondagens Tensão admissível do solo de apoio da fundação σs ensaios correlações 211 Segurança A sapata não pode aplicar ao solo tensão superior à admissível Assim tem se Smin P σs 𝐄𝐪 𝟏 Aula 8 Fundações Superficiais Análises FUNDAÇÕES 92 Esta é a primeira das duas equações necessárias para a solução do problema Todas as sapatas deverão ser dimensionadas de acordo com esta condição A segunda equação do sistema será formulada de acordo com as condicionantes geométricas e econômicas como se verá adiante 212 Axialidade O centro geométrico da sapata deve coincidir em planta com o centro de gravidade da seção transversal do pilar para garantir que a distribuição de tensões no solo seja simétrica em relação a esse ponto permitindo assim que se admita nos cálculos uma distribuição uniforme de tensões Nos casos em que uma sapata deve servir de fundação para mais de um pilar seu centro geométrico deverá coincidir com o centro de forças de todos os pilares envolvidos 213 Executivas Para facilitar a execução das formas no canteiro de obra costumase dimensionar as sapatas com lados que são sempre múltiplos de 5 cm 214 Geométricas O espaço disponível para a construção de uma sapata é frequentemente limitado pela presença de divisas do terreno ou de fundações de pilares vizinhos Como a fundação de um pilar não pode invadir o terreno vizinho nem se sobrepor em planta à de outro pilar essas interferências requerem soluções especiais Podemse distinguir três tipos de soluções em função das interferências presentes Sapatas para pilares isolados Sapatas para pilares associados Sapatas para pilares alavancados Aula 8 Fundações Superficiais Análises UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 93 No primeiro caso a distância do centro do pilar à divisa do terreno ou aos pilares vizinhos é suficientemente grande para que se possa construir uma sapata cujo centro geométrico coincida com o centro de gravidade do pilar Nos outros dois casos a pequena distância entre pilares ou de um pilar à divisa obriga à construção de um elemento estrutural viga de rigidez ou viga alavanca que solidariza dois ou mais pilares e transfere suas cargas para as fundações Devese ter em mente nesses casos que os pilares não estarão apoiados sobre a fundação mas sobre o elemento estrutural que os solidariza e que este sim solicitará a fundação Consequentemente as sapatas deverão ser projetadas de forma a garantir a maior economia passivei no dimensionamento desses elementos estruturais Cada um dos três tipos será estudado em detalhes adiante 215 Econômicas Independentemente do tipo de sapata isolada associada ou com viga alavanca devese sempre verificar a condição A 25 B Eq 2 Sendo A o lado maior da sapata Esta condição não conduz à máxima economia passivei no dimensionamento da sapata mas traduz um limite superior que é determinado também pela exequibilidade A experiência consagrou para cada um dos três tipos de sapatas algumas regras de dimensionamento que conduzem ao menor custo possível Essas regras fornecem a segunda equação necessária à solução do problema que são comumente denominadas relações econômicas Aula 8 Fundações Superficiais Análises FUNDAÇÕES 94 22 Cálculo das Sapatas 221 Sapatas Isoladas 2211 SEM INTERFERÊNCIAS Neste caso procurase dimensionar a sapata de forma a que as alturas estruturais e as armaduras requeridas nas duas direções sejam semelhantes Isso se obtém fazendose a sapata com abas x e y iguais nas duas direções x y 2 x A a0 2 y B b0 A a0 B b0 Eq 3 2212 COM INTERFERÊNCIA O espaço disponível para a construção de uma sapata é limitado pela presença de uma divisa do terreno ou da sapata de um pilar vizinho impossibilitando a execução de uma sapata cujos lados respeitem a relação econômica pois a condicionante geométrica prevalece sobre a econômica Informações sobre limitações dessa natureza são obtidas a partir da planta de locação dos pilares No exemplo ilustrado na figura ao lado observase que a limitação geométrica se traduz na equação abaixo sendo E a medida do espaço disponível B 2 E 𝐄𝐪 𝟒 Aula 8 Fundações Superficiais Análises UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 95 222 Sapatas para Pilares Associados A distância entre dois pilares vizinhos é tão pequena que não é possível construir uma sapata para cada um deles A distância mínima para que se possa executar uma sapata isolada para cada pilar depende das cargas nos pilares e da tensão admissível no solo de apoio como se mostra a seguir Face à exiguidade do espaço entre os pilares as sapatas deverão ser tão estreitas quanto possível De acordo com a Equação 2 a relação entre os lados das sapatas deverá ser Amáx 25 Bmín Eq 5 E a Equação 1 fornece Smin A B 25 Bmin 2 P σs Bmin P 25 σs 𝐄𝐪 𝟔 Para os Pilares P1 e P2 B1min P1 25 σs B2min P2 25 σs Da Figura obtémse l B1 2 B2 2 f lmin B1min 2 B2min 2 f 𝐄𝐪 𝟕 sendo f o espaço necessário para a forma das sapatas em geral 25 cm Aula 8 Fundações Superficiais Análises FUNDAÇÕES 96 Se o espaço l entre dois pilares for menor que a distância lmin será necessário associálos através de uma viga de rigidez que transferirá as cargas de ambos a uma única sapata O centro geométrico da sapata deverá coincidir com o centro de força dos pilares e seu eixo com a linha que liga os centros de ambos Os lados da sapata deverão ser sempre que possível paralelos ou perpendiculares a esse eixo para evitar o aparecimento de torção na viga de rigidez A sapata deverá ser dimensionada para a soma das cargas dos pilares A viga de rigidez será uma peça estrutural pesadamente armada e de custo elevado Para tornar seu dimensionamento econômico procurase dotála de balanços para que os momentos máximos negativo e positivo sejam aproximadamente iguais o que conduz a armaduras positiva e negativa semelhantes Esse critério fornece a condicionante econômica que traduzida numa equação completa o sistema de duas equações a duas incógnitas A e B para a solução do problema a primeira equação é sempre a Equação 1 correspondente à segurança 2221 PILARES COM CARGAS IGUAIS Neste caso o centro de forças é equidistante dos dois pilares e por esse ponto passa um eixo de simetria É o centro geométrico da sapata xCG yCG l2 Eq 8 Aula 8 Fundações Superficiais Análises UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 97 O dimensionamento da peça se torna mais econômico se cada balanço corresponder a um terço da distância entre os pilares e a condicionante econômica se traduz na equação L1 5 3 l 𝐄𝐪 𝟗 L1 é um dos lados da sapata Pode ser A o lado maior ou B o menor A dimensão do outro lado será determinada através da Equação 1 Smin A B R σs L1 L2 L2 Smin L1 𝐄𝐪 𝟏𝟎 2222 PILARES COM CARGAS DIFERENTES O centro de forças dos pilares se encontra mais próximo do pilar mais carregado Note se que xCG é a distância do centro de gravidade da sapata até o pilar mais próximo Logo xCG é sempre menor que yCG A reação da sapata é R P1 P2 Eq 11 A posição do CG pode ser determinada através da equação de equilíbrio de momentos no eixo de um dos pilares MP2 0 P1 l R xCG 0 xCG P1 𝑙 P1 P2 𝐄𝐪 𝟏𝟐 e yCG l xCG 𝐄𝐪 𝟏𝟑 Aula 8 Fundações Superficiais Análises FUNDAÇÕES 98 E o dimensionamento da sapata deve ser feito para a soma das cargas dos pilares Smin A B L1 L2 P1 P2 σs 𝐄𝐪 𝟏𝟒 O balanço menor ficará do lado do pilar mais distante do CG O dimensionamento será econômico se o balanço menor b for da ordem de 50 a 100 cm além da face do pilar L1 2 b p01 2 yCG L1 2 b yCG p01 𝐄𝐪 𝟏𝟓 50 cm b 100 cm Eq 16 223 Sapatas para Pilares de Divisa A proximidade da divisa impede que se execute uma sapata cujo centro geométrico coincida com o eixo do pilar pois a sapata não pode invadir o terreno vizinho e não pode ser muito longa e estreita Equação 2 A sapata será portanto excêntrica em relação ao pilar Para evitar que a sapata seja carregada excentricamente introduzse um elemento estrutural a viga alavanca que solidariza o pilar de divisa com um pilar central e redistribui as cargas de ambos para duas sapatas carregando cada uma delas axialmente Quanto mais estreita a sapata da divisa menor será a excentricidade em relação ao pilar e mais econômico o dimensionamento O esquema estático desse sistema será o seguinte Aula 8 Fundações Superficiais Análises UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 99 A Figura evidencia as seguintes relações MP2 0 P1 l R1 l e 0 R1 P1 l l e 𝐄𝐪 𝟏𝟕 e B1 2 p01 2 f 𝐄𝐪 𝟏𝟖 V 0 P1 P2 R1 R2 0 R2 P1 P2 R1 Definindose ΔP como a diferença entre a reação da sapata e a carga do pilar ΔP R1 P1 Eq 19 R2 P2 ΔP Eq 20 Notese que as sapatas 1 e 2 deverão ser dimensionadas para as reações R1 e R2 e não para as cargas P1 e P2 Notese ainda que o valor de R1 necessário para o cálculo de B1 depende do valor de e que por sua vez depende de B1 o que caracteriza um circulo vicioso Para quebrálo usase um artifício que permite calcular o valor de B1 Aula 8 Fundações Superficiais Análises FUNDAÇÕES 100 Adotase A1 2 B1 a sapata deve ser estreita e S P1 σs A1 B1 B1 P1 2 σs 𝐄𝐪 𝟐𝟏 Obtido assim o valor de B1 podese determinar o valor de e Eq 18 e com este o valor de R1 Eq 17 Em seguida podese concluir o dimensionamento da Sapata 1 calculandose o valor de A1 Smin 1 R1 σs A1 B1 A1 R1 B1 σs 𝐄𝐪 𝟐𝟐 Segundo o esquema estático da página anterior e a Equação 20 o dimensionamento da Sapata 2 se faria para a carga R2 que é menor que P2 Entretanto para garantir a segurança dessa sapata admitese que o alivio de carga ΔP devido à alavanca se reduza à metade devendo o dimensionamento dessa sapata ser feito para a carga R2d R2d P2 P 2 𝐄𝐪 𝟐𝟑 Uma vez determinado o valor de R2d procedese ao dimensionamento da Sapata 2 como sapata isolada Equações 1 e 3 23 Roteiro de Trabalho 231 Regras Gerais Todas as sapatas devem atender à condição de segurança Equação 1 A relação entre o lado maior e o lado menor de cada sapata deve ser limitada a 25 Equação 2 As dimensões das formas A e B devem ser múltiplos de 5 cm Associações de pilares só devem ser feitas quando não for possível evitálas pois implicam em custo elevado sapatas isoladas com abas iguais Equação 3 constituem a solução mais econômica 232 Sapatas Isoladas 2321 SEM INTERFERÊNCIA Determinar A e B através das Equações 1 e 3 Aula 8 Fundações Superficiais Análises UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 101 Eq 1 Smin P σs A B Eq 3 A a0 B b0 Verificar a condição da Equação 2 A 25 B 2322 COM INTERFERÊNCIA Determinar A e B através das Equações 1 e 4 Eq 1 Smin P σs A B Eq 4 B 2 E ou A 2 E ou de forma genérica L 2 E Verificar a condição da Equação 2 A 25 B 233 Sapatas para Pilares Associados Verificar se a associação é de fato necessária Determinação de B1min e B2min Eq 6 Bmin P 25 σs Determinação de lmin Eq 7 lmin B1min 2 B2min 2 f Comparação com l se l lmin associar se l lmin sapatas isoladas 2331 PILARES COM CARGAS IGUAIS Determinar a posição do centro da sapata Eq 8 xCG yCG l2 Determinar a dimensão do lado paralelo ao eixo da viga de rigidez Eq 9 L1 5 3 l Determinar a dimensão do lado perpendicular ao eixo da viga de rigidez Eq 10 L2 Smin L1 𝑃1 𝑃2 𝐿1 σs O maior dos dois lados assim determinados será denominado A o menor B Verificar a condição da Equação 2 A 25 B 2332 PILARES COM CARGAS DIFERENTES Determinar a posição do centro da sapata Eq 12 xCG P1 𝑙 P1 P2 Eq 13 yCG l xCG Determinar a dimensão do lado paralelo ao eixo da viga de rigidez Aula 8 Fundações Superficiais Análises FUNDAÇÕES 102 Eq 15 L1 2 b yCG p01 Eq 16 50 cm b 100 cm Determinar a dimensão do lado perpendicular ao eixo da viga de rigidez Eq 10 L2 Smin L1 𝑃1 𝑃2 𝐿1 σs O maior dos dois lados assim determinados será denominado A o menor B Verificar a condição da Equação 2 A 25 B 234 Sapatas para Pilares de Divisa 2341 SAPATA DE DIVISA Determinar a largura da sapata Eq 21 B1 P1 2 σs Determinar a excentricidade Eq 18 e B1 2 p01 2 f Determinar a reação da sapata Eq 17 R1 P1 l le Determinar o comprimento da sapata Eq 22 A1 R1 B1 σs Verificar a condição da Equação 2 A 25 B 2342 SAPATA DO PILAR CENTRAL Determinar o alívio de carga Eq 19 ΔP R1 P1 Determinar a carga da sapata Eq 23 R 2 P2 P 2 Dimensionar a sapata Eq 1 Smin P σs A B Eq 3 Eq 3 A a0 B b0 se não houver interferências Eq 4 B 2 E ou A 2 E ou de forma genérica L 2 E se houver interferências Aula 8 Fundações Superficiais Análises UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 103 Verificar a condição da Equação 2 A 25 B Exemplo Adotandose uma tensão admissível no solo de apoio de 250 kPa calcular a sapata para o Pilar P3 abaixo sabendose ser isolado com interferência Resolução Neste caso o espaço disponível para a construção da sapata é limitado pela proximidade da divisa do terreno Tratase portanto de uma sapata isolada com interferência e utilizaremos o roteiro 2322 1º Passo Cálculo da área mínima Smin Pσs Smin 1100250 Smin 440 m² A B 2º Passo Dimensões da base O tamanho de um dos lados da sapata é limitado pela presença da divisa Não se sabe de antemão se esse será o maior ou o menor lado por isso ele será denominado L1 B2 E L12 E L12 080 L1 160 m O tamanho do outro lado fica determinado através da condição de segurança A 25 B portanto verificaremos Smin L1 L2 440 160 L2 L2 275 m Percebese que L1 L2 L1 B 160 m e L2 A 275 m Confrontando as dimensões AB 275160 AB 17 Exemplo Adotandose uma tensão admissível no solo de apoio de 250 kPa calcular a Sapata para os pilares P5 e P6 abaixo Ok Aula 8 Fundações Superficiais Análises FUNDAÇÕES 104 Resolução Para pilares associados conforme descreve o roteiro no item 233 deveremos verificar se essa associação é necessária 1º Passo Verificação da distância entre pilares Bmin P 25 σs B1min B2min P 25 σs B1min B2min 1100 25 250 B1min B2min 1327 B1min B2min 135 m Da equação 7 a segunda condição lmin B1min 2 B2min 2 f lmin 135 2 135 2 0025 lmin 135 2 135 2 0025 lmin 1375 m Como a distância entre os pilares l 20 m é maior que a distância mínima lmin 1375 m então não é necessário associar os pilares 2º Passo Dimensionamento Como não é necessário associar os pilares cada um deles terá sua própria sapata Pela posição das seções dos pilares na planta é evidente que a fundação do pilar P5 tem melhores chances de poder atender à relação econômica abas iguais que a do pilar P6 pois o espaço é limitado na direção do lado maior deste último Em vista disso recomenda se dimensionar primeiramente a sapata do pilar P6 adotando para ela a relação A 25 B com A na direção do menor lado Dessa forma economizase espaço onde ele é exíguo entre os pilares Esse espaço será então aproveitado para a sapata do pilar P5 que terá dimensões tão próximas quanto possível das ideais abas iguais Pilar P6 Smin Pσs Smin 1100250 Smin 440 m² Como Smin A B então A B 440 A 440B Da segunda relação do roteiro temos A 25 B Da aplicando a relação da equação anterior temse 440B 25B 25B² 440 B 1327 135 m Aula 8 Fundações Superficiais Análises UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 105 Portanto Smin A B 440 A 135 A 3259 330 m Novamente na equação 2 para a verificação se AB 25 AB 330135 AB 24 Pilar P5 Smin Pσs Smin 1100250 Smin 440 m² A B A largura máxima dessa Sapata será equação 7 B5 2 l B6 2 f B5 2 20 135 2 0025 B5 2 130 B5 260 m Portanto A SminB A 440260 A 1692 170 m O comprimento da sapata A resultou menor que sua largura B Isso se deve ao fato de que todo o espaço disponível foi atribuído à dimensão que presumivelmente seria a largura Se pegarmos um pilar isolado com as mesmas características veremos que a sapata ideal para ele teria 220 x 200 m abas iguais Assim a sapata ideal é a que deve ser empregada pois há espaço suficiente para ela Estas dimensões encontradas satisfazem o critério ESTRUTURAL do exercício porém não econômicos A fim de economia os cálculos deveriam ser refeitos baseandose na sapata ideal para P5 e depois deveriam ser recalculadas as dimensões de P6 Fica a cargo do aluno a aferição destes valores As dimensões finais ideais são P5 200 m X 220 m e P6 230 m X 195 m Ok Aula 8 Fundações Superficiais Análises FUNDAÇÕES 106 3 Execução de Sapatas Não há uma norma técnica específica para projeto e execução de sapatas A NBR 612296 estabelece os critérios de projeto e execução para todos os tipos de fundações quer sejam do tipo superficiais ou profundas O importante para os engenheiros técnicos e arquitetos é atender às prescrições da Norma de forma a evitar recalques excessivos ou distorções angulares Na ocorrência de uma destes fatores ou de ambos a consequência nas edificações pode ser catastrófica A NBR 612296 estabelece no seu item 641 que as sapatas ou blocos não devem ter dimensões em planta inferiores a 60 cm Na Figura abaixo é apresentado um desenho esquemático de uma sapata com as dimensões necessárias para sua especificação e execução A seguir serão detalhados os procedimentos vistos em outras aulas e disciplinas 31 Plantas Necessárias Para a execução de sapatas em uma obra de engenharia o executor deve ter em mãos as seguintes plantas Locação e cargas nos pilares Forma e armação das sapatas e cintas Forma e armação dos pilares 32 Etapas e Quantitativos De forma a possibilitar aos novos engenheiros e técnicos uma fonte de consulta para execução de sapatas é apresentado a seguir uma sugestão passo a passo de como se pode executar uma fundação em sapata atendendo aos requisitos de norma e da boa prática de engenharia Logicamente que a experiência local e os recursos possíveis também devem ser considerados na hora de especificar este tipo de serviço 321 Escavação Aula 8 Fundações Superficiais Análises UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 107 Devese atingir 5 cm abaixo da cota de assentamento da sapata cota esta definida com base no perfil estratigráfico do terreno e nas estimativas de recalques absolutos e diferenciais Deixase uma folga de 30 a 70 cm entre os bordos da sapata e da escavação O talude de escavação quando a sapata está próxima da superfície e o tipo de solo permite pode ter inclinação vertical Para sapatas assentadas em solos não coesivos ou com presença de solo mole sobrejacente sugerese taludes de escavação com inclinação 1H2V 322 Lançamento do Concreto Magro Sugerese que seja lançado sob a base da sapata um lastro de concreto não estrutural fck 9 MPa com espessura de 5 cm e uma folga mínima lateral a partir do bordo da sapata de 10 cm 323 Fôrma e Armadura A fôrma deverá estar apoiada no lastro de concreto magro Só é utilizada forma no trecho inferior da sapata Devem ser usados espaçadores como fôrma de garantir um recobrimento mínimo de 25 cm de espessura A taxa de armadura da sapata é normalmente de 50 a 60 kgm3 de concreto Aula 8 Fundações Superficiais Análises FUNDAÇÕES 108 324 Concretagem A sapata deverá ser concretada seguindo as especificações de projeto fck cura etc O cálculo do volume de concreto de uma sapata pode ser feito pelas formulas apresentadas abaixo O reaterro deverá ser executado após a retirada das formas da sapata e do pescoço Normalmente é utilizado o mesmo material escavado porém agora compactado Para tanto é comum adotar na prática de engenharia um fator de empolamento da ordem de 20 a 30 Volume da Sapata Vsap H1 L B H2 3 L B l b L l B b Volume de Concreto do pescoço do pilar Vpes Df H1 H2 l b 33 Ajuste das dimensões das sapatas para efeito de obra Após a definição da tensão admissível do terreno de fundação bem como calculado a área da base das sapatas e suas respectivas dimensões B e L como visto no tópico 2 desta aula e atendendo os critérios de capacidade de suporte e recalques limites podese ajustar as dimensões das sapatas conforme o tamanho dos pilares da obra Este ajuste favorece a distribuição das tensões através do elemento estrutural sapata e segue as premissas dos calculistas estruturais 331 Sapatas Isoladas O dimensionamento econômico conduz a momentos aproximadamente iguais nas duas abas em relação à mesa da sapata Para tanto os balanços d deverão ser aproximadamente iguais nas duas direções Aula 8 Fundações Superficiais Análises UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 109 332 Sapatas Associadas Quando as cargas estruturais forem muito altas em relação à tensão admissível do terreno poderá ocorrer o caso de não ser possível projetarse sapatas isoladas para cada pilar Neste caso tornase necessário o emprego de uma sapata única para dois ou mais pilares que será centrada no centro de cargas dos pilares A sapata associada será evitada sempre que for possível uma solução com sapatas isoladas mesmo a custo de se distorcer o formato lógico das sapatas Via de regra duas sapatas isoladas são mais econômicas e mais fáceis de executar do que uma sapata associada Aula 8 Fundações Superficiais Análises FUNDAÇÕES 110 333 Sapatas de Divisa No caso de pilares junto aos limites do terreno divisas e alinhamento da rua não é possível projetarse uma sapata centrada tornandose necessário o emprego de uma viga de equilíbrio para absorver o momento gerado pela excentricidade da sapata A sapata de divisa pilar PA será dimensionada para a reação RA a qual por sua vez não é conhecida de início pois depende da largura da sapata O problema é resolvido por tentativas considerandose a sugestão adicional de que a sapata de divisa tenha uma relação LB 2 De forma genérica o problema se resume a seguinte distribuição de esforços Procedimento de cálculo a Calculase o momento em relação a B RA 1 e PA l RA PA 1 1 e b Adotar RA R PA pois lle será sempre maior que 10 c Para um valor de R adotamse as dimensões da sapata Aula 8 Fundações Superficiais Análises UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 111 AB R σadm B1 L1 d Para o valor de B1 adotado calculase a excentricidade e e a reação RA1 e Se RA1 R então refazse o cálculo mantendose a mesma largura da sapata para não alterar a excentricidade e consequentemente a reação RA1 AB RA1 σadm B B1 L AB B1 f Se os valores de B e L encontrados forem aceitáveis LB 2 as dimensões são aceitas g Uma vez dimensionada a sapata da divisa procedese o dimensionamento da sapata interna Para o dimensionamento da sapata interna procedese da seguinte maneira a Verificase como mostrado nas figura que a viga de equilíbrio tenderá a levantar o pilar PB reduzindo a carga aplicada ao solo conforme segue DP RA PA RB PB DP 2 2 é prática da engenharia b Tendose o valor da reação calculase as dimensões da sapata interna AB RB σadm 334 Sapatas sujeitas à carga vertical e momento Em muitos casos práticos além da carga vertical atua também um momento na fundação Esse momento pode ser causado por cargas aplicadas excentricamente ao eixo da sapata por efeito de pórtico em estruturas hiperestáticas por cargas horizontais aplicadas à estrutura empuxo de terra vento frenagem etc Baseado e adaptado de Luis Fernando P Sales Paulo R M Moura Edições sem prejuízo de conteúdo Aula 9 Cálculo de Fundações Profundas I FUNDAÇÕES 112 Aula 9 Cálculo de Fundações Profundas I As fundações profundas são divididas em distintos grupos estacas cravadas escavadas e injetadas tubulões a céu aberto e ar comprimido e caixões Cada grupo apresenta conceitos diferentes metodologias próprias de execução e dimensionamento e são recomendados para casos específicos As estacas como sabido perfazem o grupo mais comum na prática de engenharia Nelas encontramse as mais variadas formas de projetar e executar uma fundação profunda Como consequência são as soluções que atendem a grande maioria dos casos de obras quer seja no Brasil ou mesmo no exterior 1 Peculiaridades dos diferentes tipos de Fundações Profundas A NBR 612296 apresenta uma série de comentários sobre os diferentes tipos de fundações profundas Desde características gerais processo executivo desempenho esperado entre outros A ABEF Associação Brasileira de Empresas de Engenharia de Fundações e Geotecnia lançou em 2004 a 3ª edição do Manual de Especificações de Produtos e Procedimentos ABEF Este manual estabelece parâmetros adequados para os serviços e produtos apresentados constituindo importante material de referência para as empresas do setor e projetistas de fundações Por fim a Editora PINI lançou em 1998 a 2ª edição do livro Fundações Teoria e Prática que em seus capítulos 8 e 9 trata do dimensionamento e execução de estacas respectivamente Tratase de uma coletânea de diversos assuntos escrita por diferentes profissionais de engenharia A seguir serão apresentadas as metodologias detalhadas das Fundações Profundas em concreto já que em madeira e aço foram abordadas em aulas passadas e suas propriedades e particularidades suficientemente estratificadas Aula 9 Cálculo de Fundações Profundas I UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 113 2 Definições Segundo a NBR 61221996 definese como fundação profunda aquela que transmite a carga proveniente da superestrutura ao terreno pela base resistência de ponta por sua superfície lateral resistência de fuste ou pela combinação das duas Além disto segundo este referida norma nas fundações profundas a profundidade de assentamento deve ser maior que o dobro da menor dimensão em planta do elemento de fundação conforme esquematicamente mostrado na Figura abaixo De acordo com a NBR 61221996 se enquadram na definição apresentada acima os seguintes elementos Estacas elemento de fundação profunda executado com o auxílio de ferramentas ou equipamentos sem que haja descida de operário em qualquer fase de execução cravação a percussão prensagem vibração ou por escavação etc podendo ser constituído de madeira aço concreto etc Tubulões elemento cilíndrico de fundação profunda que em pelo menos na sua fase final ocorre descida de operário podendo ser executado a céu aberto ou a ar comprimido e ter ou não a base alargada Caixões elemento de fundação de forma prismática concretado na superfície do terreno e instalado por escavação interna podendose ainda na sua instalação usar ou não ar comprimido e ter ou não a sua base alargada Aula 9 Cálculo de Fundações Profundas I FUNDAÇÕES 114 As fundações profundas são normalmente utilizadas quando os solos superficiais não apresentam capacidade de suportar elevadas cargas ou estão sujeitos a processos erosivos e também quando existe a possibilidade da realização de uma escavação futura nas proximidades da obra 3 Capacidade de Carga das Estacas Segundo a NBR 61221996 a capacidade de carga de uma fundação profunda estaca ou tubulão isolado é definida como a força aplicada sobre o elemento de fundação que provoca apenas recalques que a construção pode suportar sem inconvenientes oferecendo simultaneamente segurança satisfatória contra a ruptura do solo ou do elemento de fundação Segundo Alonso 1983 o cálculo da capacidade de carga de uma estaca pode ser feito por meio de dois métodos Realização de provas de carga Métodos semiempíricos dentre os quais destacamse o método de Aoki e Velloso 1975 e o método de Decourt e Quaresma 1978 Nesta apostila serão apresentados apenas os métodos semiempíricos de Aoki e Velloso 1975 e Decourt e Quaresma 1978 de uso mais corrente na Engenharia de Fundações no Brasil para o cálculo da capacidade de carga e consequentemente da carga admissível de estacas Pela própria definição apresentada pela NBR 61221996 para as fundações profundas esquematicamente mostrada na Figura acima a carga de ruptura ou a capacidade de carga de uma fundação profunda em estaca é calculada como PR PL PP Onde PR carga de ruptura ou capacidade de carga de uma fundação em estaca PL parcela da carga de ruptura devido ao atrito lateral soloestaca desenvolvido ao longo do fuste da estaca capacidade de carga do fuste PP parcela da carga de ruptura resistida pela ponta da estaca capacidade de carga de ponta Os valores de PL e PP podem ser determinados respectivamente por meio das seguintes expressões Aula 9 Cálculo de Fundações Profundas I UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 115 PL U l rL i E PP AP rP Onde rL atrito lateral desenvolvido no contato fustesolo rP resistência de ponta AP área da ponta da estaca U perímetro da seção transversal do fuste Δl trecho do fuste onde se admite rL constante As diferenças básicas existentes entre os diferentes métodos semiempíricos mais especificamente entre os métodos de Aoki e Velloso 1975 e Decourt e Quaresma 1978 consistem na maneira como são determinadas a resistência de ponta rP e a resistência por atrito lateral rl O método de Aoki e Velloso 1975 foi originalmente desenvolvido a partir de resultados obtidos em ensaios de penetração estática cone sendo possível a sua utilização a partir de ensaios de penetração dinâmica SPT por meio da utilização de um fator de conversão K Por este método as resistências de ponta rP e lateral rL são calculadas como rP K Nspt F1 E rL α K Nspt F2 Onde NSPT valor da resistência à penetração dinâmica obtida no ensaios SPT α relação entre as resistências de ponta e lateral local do ensaio de penetração estática segundo Vargas 1977 apud Schnaid 2000 K coeficiente de conversão da resistência de ponta do cone para NSPT F1 e F2 coeficientes de correção das resistências de ponta e lateral Aula 9 Cálculo de Fundações Profundas I FUNDAÇÕES 116 Os valores de α e K estão apresentados na Tabela em função do tipo de solo e os valores de F1 e F2 são apresentados na Tabela abaixo em função do tipo de estaca O método de Decourt e Quaresma 1978 consiste num método para a estimativa da capacidade de carga que foi desenvolvido exclusivamente a partir de ensaios SPT Este método foi originalmente desenvolvido para estacas prémoldadas de concreto tendo sido estendido posteriormente para outros tipos de estacas como as estacas escavadas em geral hélice contínua e injetadas Schnaid 2000 Segundo o método de Decourt e Quaresma 1978 apud Schnaid 2000 as resistências de ponta e lateral são calculadas respectivamente pelas seguintes expressões rP α K NP E rL β 10 Nm 3 1 Onde K coeficiente que relaciona a resistência de ponta com o valor de NP dado na Tabela abaixo α e β determinados em função do tipo de estaca e apresentados nas Tabelas Aula 9 Cálculo de Fundações Profundas I UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 117 NP média dos valores de NSPT na ponta da estaca imediatamente acima e abaixo Uma vez determinada a carga de ruptura PR ou capacidade de carga da estaca a carga admissível das estacas 𝑃 será calculada como a Para estacas Franki prémoldadas ou metálicas P PR 2 Pestrutural b Para estacas escavadas com a ponta em solo P PR30 PL08 Pestrutural Onde Pestrutural carga admissível estrutural da estaca 4 Cálculo de Estaqueamento Nesta apostila um estaqueamento é definido como qualquer conjunto de duas ou mais estacas destinadas a receber a carga proveniente da estrutura e transmitila ao solo de Aula 9 Cálculo de Fundações Profundas I FUNDAÇÕES 118 fundação pelos mecanismos já descritos anteriormente A Figura abaixo mostra um estaqueamento formado por um grupo de estacasraiz Para o caso do centro de carga coincidir com o centro do estaqueamento o número de estacas do estaqueamento pode ser calculado como 𝑁 𝑃𝑝𝑖𝑙𝑎𝑟 𝑃 Onde N número de estacas constituinte do bloco Ppilar carga do pilar P carga admissível da estaca determinada como a menor carga necessária para provocar a ruptura do solo ou do elemento estrutural ou σadm Uma vez determinado o número de estacas as suas dimensões e a sua carga admissível o espaçamento mínimo entre estacas pode ser determinado a partir da Tabela abaixo Alonso 1983 Segundo Alonso 1983 os valores para o espaçamento mínimo apresentados nesta tabela servem apenas como orientação devendo ser confirmados em cada caso Aula 9 Cálculo de Fundações Profundas I UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 119 A disposição das estacas em um estaqueamento deve ser feita sempre que possível de forma a se conduzir a blocos com o menor volume possível Alonso 1983 apresenta algumas orientações para a formação dos blocos de estacas ou estaqueamentos a A distribuição das estacas deve ser feita sempre que possível em torno do centro de carga do pilar e de acordo com os blocos padronizados apresentados na Figura Aula 9 Cálculo de Fundações Profundas I FUNDAÇÕES 120 Aula 9 Cálculo de Fundações Profundas I UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 121 b O espaçamento mínimo entre estacas deve ser obedecido entre estacas do mesmo estaqueamento e entre estaqueamentos vizinhos c A distribuição do pilar deve ser feita sempre que possível no sentido da maior dimensão do pilar conforme Figura acima devendose evitar a configuração apresentada na Figura abaixo d No caso de um bloco com mais de um pilar o estaqueamento adotado deverá ter o seu centro coincidente com o centro de carga dos pilares e No caso de blocos com duas estacas para dois pilares devese evitar a posição da estaca embaixo dos pilares f É recomendável que para blocos de até duas estacas ocorra a sua amarração com outros blocos da obra g Blocos submetidos a carga vertical e momentos Aula 9 Cálculo de Fundações Profundas I FUNDAÇÕES 122 Para a situação mostrada na Figura acima a carga em cada estaca é calculada somandose separadamente os efeitos da carga vertical e dos momentos Para isto é necessário que os eixos x e y sejam os eixos principais de inércia e que as estacas sejam verticais do mesmo tipo diâmetro e comprimento A carga atuante em cada estaca para a situação mostrada na Figura é dada pela seguinte expressão Pi Ppilar N Myxi xi 2 Mxyi yi 2 Onde Pi carga atuante na estaca i Ppilar carga vertical do pilar N número de estacas do estaqueamento Mx momento transmitido pelo pilar na direção x My momento transmitido pelo pilar na direção y xi e yi coordenadas da estaca i segundo as direções x e y respectivamente Baseado e adaptado de Alonso 1983 Schnaid 2000 Quaresma 1978 Edições sem prejuízo de conteúdo Aula 10 Cálculo de Fundações Profundas II FUNDAÇÕES 122 Aula 10 Cálculo de Fundações Profundas II Como visto na Aula 4 os tubulões são elementos de fundação profunda executados a partir da concretagem de uma escavação revestida ou não aberta no terreno em que ocorre descida de operário pelo menos na sua fase final dividindose em dois tipos básicos os tubulões a céu aberto e os tubulões a ar comprimido 1 Dimensionamento de Tubulões a Céu Aberto Os tubulões a céu aberto são elementos estruturais de fundação profunda construídos a partir da concretagem realizada em um poço aberto no terreno geralmente dotado de base alargada conforme pode ser visto na Figura Os tubulões a céu aberto como já estudado são normalmente executados acima do nível dágua natural ou rebaixado ou em casos especiais em terrenos saturados onde seja possível bombear a água sem riscos de desmoronamento No caso do carregamento atuar apenas na direção vertical não há necessidade de se armar o tubulão sendo necessário neste caso apenas uma ferragem de topo para a ligação do mesmo com o bloco de coroamento conforme esquematicamente mostrado na Figura abaixo Aula 10 Cálculo de Fundações Profundas II UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 123 O fuste do tubulão normalmente é de seção circular conforme podese observar na Figura adotandose 70 cm como diâmetro mínimo para permitir a entrada e saída de operários porém a projeção da base poderá ser circular ou em forma de falsa elipse Neste último caso a relação ab deverá ser menor que 25 A área da base do tubulão é calculada a partir da estudada expressão na qual tanto o peso próprio do tubulão quanto o peso próprio são desprezados Ab P σs Onde Ab área da base do tubulão se seção circular ou na forma de falsa elipse P carga vertical aplicada ao tubulão σs tensão admissível do solo A área do fuste é calculada de forma análoga a um pilar sob carga centrada cuja área de ferro seja nula Aula 10 Cálculo de Fundações Profundas II FUNDAÇÕES 124 γf P 085 Af fck γc Onde Af área do fuste de seção circular P carga vertical aplicada ao tubulão fck resistência característica aos 28 dias para o concreto utilizado na execução do tubulão ɣf ɣc coeficiente de majoração das cargas aplicadas e de minoração da resistência do concreto que segundo a NBR 61221996 valem respectivamente 14 e 16 Para o valor do ângulo α mostrado na Figura Tubulão a Céu Aberto normalmente adotase α igual a 60o o que resulta na seguinte expressão para o cálculo da altura da base do tubulão H 0866 D ɸ ou H 0866 a ɸ quando a base for falsa elipse A NBR 61221996 recomenda que o valor de H deva ser no máximo igual a 20m a não ser que sejam tomados cuidados especiais para garantir a estabilidade do solo 2 Dimensionamento de Tubulões a Ar Comprimido Os tubulões a ar comprimido com camisa de concreto ou de aço são utilizados quando se deseja executar tubulões em solos onde haja água e não seja possível o seu esgotamento devido ao perigo de desmoronamento das paredes da escavação Neste tipo de tubulão a pressão máxima de ar comprimido empregada é de 34 atm 340 kPa ou aproximadamente 34 mca razão pela qual estes tubulões têm sua profundidade limitada a aproximadamente 30 m abaixo do nível dágua É importante ressaltar que no caso de utilização de ar comprimido em qualquer etapa de execução dos tubulões devese observar que o equipamento deve permitir que se atendam rigorosamente os tempos de compressão e descompressão prescritos pela boa técnica e Aula 10 Cálculo de Fundações Profundas II UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 125 pela legislação vigente só se admitindo trabalhos sobre pressões superiores a 150 kPa quanto as seguintes providências forem tomadas Hachich et al 1998 Equipe permanente de socorro médico à disposição da obra Câmara de descompressão equipada disponível na obra Compressores e reservatórios de ar comprimido de reserva Renovação de ar garantida sendo o ar injetado satisfatório para o trabalho humano No caso de tubulões com camisa de concreto todo o processo de cravação da camisa abertura e concretagem da base é feito sob ar comprimido manualmente por operários e um guincho que opera um balde para a retirada do solo escavado operação esta que vai sendo realizada até se encontrar o nível dágua Uma vez atingida a profundidade de projeto a camisa de concreto deve ser convenientemente escorada durante os serviços de alargamento da base para evitar a sua descida Para os tubulões a ar comprimido com camisa de concreto o dimensionamento da área da base é feito segundo as mesmas recomendações apresentadas anteriormente para os tubulões executados a céu aberto Quando ao fuste o dimensionamento é feito semelhante a um pilar de concreto armado com carga centrada dispensandose a verificação da flambagem quando o tubulão for totalmente enterrado e colocandose toda a armadura necessária na camisa de concreto Quando isto não for possível a NBR 61221996 recomenda que deve ser acrescentada uma armadura no núcleo do fuste que deve ser montada de maneira suficientemente rígida para que não haja deformação durante o seu manuseio e instalação O cálculo do fuste é então feito no estadolimite de ruptura pela seguinte expressão 14 P 085 Af fck 15 As fyk 115 Onde P carga no pilar Af área do fuste As área da armadura longitudinal fck resistência característica do concreto aos 28 dias que para o núcleo deve ser limitada a 18 MPa fyk resistência característica do aço Aula 10 Cálculo de Fundações Profundas II FUNDAÇÕES 126 O cálculo dos estribos deve ser feito para que os mesmos possam resistir a uma pressão 30 maior que a pressão de trabalho admitindose que não exista pressão externa de terra ou de água Desta forma o cálculo da área dos estribos para tubulões a ar comprimido com camisa de concreto é feito por meio da seguinte expressão Asw 161 F fyk Onde Asw é a área de armadura transversal estribos Se a camisa for de aço a cravação da mesma é feita com auxílio de equipamentos e portanto a céu aberto conforme mostrado na Figura abaixo sendo feitos apenas os serviços de abertura e concretagem da base sob ar comprimido analogamente ao tubulão com camisa de concreto Aula 10 Cálculo de Fundações Profundas II UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 127 Com relação ao dimensionamento estrutural se a camisa de aço permanecer totalmente enterrada poderseá considerar a seção transversal da mesma como armadura longitudinal descontandose 15 mm na espessura da camisa para levar em consideração uma eventual corrosão O cálculo do fuste é feito no estadolimite último no qual a camisa de aço é considerada como armadura longitudinal e para o estadolimite de utilização em que só é considerada a seção de concreto A carga a adotar para o tubulão é o menor dos valores obtidos pelas seguintes expressões Aula 10 Cálculo de Fundações Profundas II FUNDAÇÕES 128 a Estado Limite Último como já visto acima 14 P 085 Af fck 15 As fyk 115 b Estado limite de Utilização P 085 Af fck 13 O valor de fck deve ser limitado a 18 MPa e a camisa de aço é considerada com fyk igual 240 MPa Pelo fato da camisa metálica existir apenas do topo da base alargada para cima é necessário colocar uma armadura de transição entre o fuste e a base alargada que não leva estribos e é cravada na base logo após a sua concretagem 3 Capacidade de Carga dos Tubulões Para a capacidade de carga dos tubulões é válida a mesma definição dada pela NBR 61221996 e já apresentada anteriormente para as fundações profundas O cálculo da capacidade de carga dos tubulões normalmente é feito por um dos seguintes processos Formulação clássica de Terzaghi analogamente ao que já foi exposto para o cálculo da capacidade de carga das sapatas uma vez que no dimensionamento dos tubulões só é levada em consideração a sua resistência de ponta Com base em ensaios de laboratório como por exemplo no caso das argilas em que a tensão admissível pode ser adotada como σs pa onde pa é a tensão de préadensamento das argilas Com base no valor médio da resistência à penetração medida no ensaio SPT numa profundidade igual a duas vezes o diâmetro da base a partir da cota de assentamento do tubulão σs Nspt 30 Baseado e adaptado de Alonso 1983 Schnaid 2000 Quaresma 1978 Edições sem prejuízo de conteúdo Aula 11 Reforços de Fundações UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 129 Aula 11 Reforços de Fundações As soluções para os serviços de reforços são muito variadas e dependem das condicionantes do problema em questão tais como tipo de solo urgência fundações existentes nível de carregamento e espaço físico disponível Assim podemse relacionar alguns tipos sem que necessariamente sejam todos viáveis para um mesmo problema 1 Diagnósticos O diagnóstico do problema é fundamental para permitir uma diretriz adequada na decisão da necessidade ou não da aplicação de reforços A lista diagnóstica visa conhecer o mecanismo e as causas dos danos ocorridos resultando daí a definição do tipo da técnica e do dimensionamento do reforço a ser empregado Para se chegar a um bom diagnóstico os seguintes procedimentos são aconselháveis Inventariar os danos ocorridos para quantificar e interpretar o direcionamento dos movimentos Executar nova s sondagens eou ensaios geotécnicos de campo ou de laboratório Instrumentar a obra para avaliar a magnitude e a velocidade das deformações Os reforços de fundação representam uma intervenção no sistema solofundação estrutura existente visando modificar seu desempenho Tal intervenção fazse necessária nos casos em que as fundações existentes se mostrem inadequadas para o suporte das cargas atuantes ou ainda quando ocorrer um aumento no carregamento e este novo valor não puder ser absorvido sem riscos e reduções consideráveis nos coeficientes de segurança 11 Manifestações Quando há um mau desempenho de uma fundação aparecem manifestações decorrentes deste fato através de danos que podem ser verificados Nas próprias peças de fundação pela deterioração dos materiais que as compõem com a conseqüente perda de resistência Nas peças em concreto armado ocorrem deformações excessivas perda de recobrimento da Aula 11 Reforços de Fundações FUNDAÇÕES 130 armadura oxidação das barras de aço esmagamentos rupturas fissuras etc Nas estacas metálicas surgem as oxidações eou corrosões Nas estacas de madeira ocorre o seu apodrecimento principalmente na região do topo com perda de material Na obra como um todo pelos recalques e desaprumos 12 Danos Como decorrência do mau funcionamento das fundações manifestamse danos de três tipos distintos e que podem ser definidos como sendo Danos arquitetônicos são aqueles que comprometem a estética da edificação como por exemplo trincas em paredes e acabamentos rompimento de painéis de vidre ou mármore etc Neste caso o reforço é optativo pois não envolve riscos quanto à estabilidade da construção Danos funcionais são aqueles causados à utilização da edificação tais como trânsito em ruas ou de rede de esgotos ou águas pluviais desgaste excessivo dos trilhosguia de elevadores mau funcionamento de portas e janelas etc A partir de certos limites será necessário o reforço uma vez que podem advir transtornos no uso da construção Danos estruturais são aqueles causados à estrutura propriamente dita isto é pilares vigas e lajes Nesta situação o reforço é sempre necessário pois a sua ausência implica instabilidade da construção podendo até mesmo levala ao colapso 121 Causas dos Danos De maneira geral as causas prováveis para o mau desempenho de uma fundação são Ausência insuficiência ou má qualidade das investigações geotécnicas Má interpretação dos resultados da investigação geotécnica Avaliação errônea dos valores dos esforços provenientes da estrutura Adoção inadequada da tensão admissível do solo ou da cota de apoio da fundação Modelos inconvenientes de cálculo das fundações Má execução por imperícia ou máfé da mão deobra sequência construtiva inadequada má qualidade dos materiais empregados etc Influências externas como por exemplo escavações ou deslizamentos não previsíveis agressividade ambiental enchentes construções vizinhas etc Aula 11 Reforços de Fundações UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 131 Modificação no carregamento devido à mudança no tipo de utilização da estrutura como no caso de transformação para armazenamento denso de produtos pesados Ampliações de áreas eou acréscimo de andares E importante ressaltar que os danos podem ser causados por um único fator ou pela combinação de dois ou mais 2 Cuidados Atenção especial deve ser dada às seguintes condições para se obter um bom desempenho dos reforços projetados Garantir a continuidade da ação estrutural da peça restaurada Garantir a transferência de cargas entre as peças novas implantadas ou ampliadas e as preexistentes Garantir a conexão entre os concretos antigos e novos através de tratamentos com aditivos e resinas e ainda em uma dosagem apropriada Considerar as diferenças de inércia nos casos de reforço por estacas de tipo diverso daquele préexistente e que estariam atuando em um mesmo bloco de apoio Verificar o dimensionamento das peças estruturais tais como os blocos de capeamento sobre estacas ou tubulões as vigas alavanca ou de equilíbrio etc 21 Escolha do Tipo de Reforço A escolha do tipo de reforço a ser adotado vem em decorrência do diagnóstico alcançado e da experiência e julgamento dos profissionais envolvidos no problema A definição do tipo a ser aplicado deve ficar sujeita a diversas condicionantes descritas a seguir 211 Condicionantes Técnicas É necessário que haja uma perfeita compatibilidade entre as condições do solo da estrutura e do reforço Assim por exemplo o tempo para a execução dos reforços deve ser compatível com a resposta da obra quanto à velocidade do seu ganho de estabilidade Outro exemplo consiste em verificar se as peças que receberão os esforços adicionais estariam aptas para tal ou se seria necessário procederse à execução dos reforços estruturais das mesmas 212 Condicionantes Econômicas Aula 11 Reforços de Fundações FUNDAÇÕES 132 É necessário adequar a relação custobenefício do reforço Devese verificar se os custos do reforço são compatíveis com o valor da construção no mercado Há situações em que o reforço das fundações permite caracterizar a obra como sendo uma reforma com conseqüente aproveitamento maior do terreno isto é a área construída tornarseia bem maior do que se se tratasse simplesmente de uma construção nova Há de ser ressaltado que nos casos de monumentos históricos e de certos edifícios públicos independentemente do seu custo o reforço tornase indispensável ante do valor intrínseco da edificação 213 Exequibilidade e Segurança O acesso de pessoal e equipamentos é condição essencial para a efetivação dos trabalhos de reforços De maneira geral os espaços disponíveis onde os reforços devem ser executados são exíguos tanto para a instalação de máquinas como para a movimentação de pessoal Em situações extremamente críticas tais como os casos em que a estrutura está em pleno processo de movimentação recalques as condições de segurança do pessoal envolvido nos serviços devem ser observadas cuidadosamente pois dependendo da velocidade dos recalques os trabalhos podem se tornar muito perigosos Ainda dentro das condições de exequibilidade é importante verificar se há disponibilidade de reação nos casos de estacas prensadas tanto nas próprias fundações como nas blocos de capeamento vigas baldrames e de equilíbrio alavancas vigas da superestrutura etc 3 Tipos de Soluções 31 Reparo ou Reforço dos Materiais Aqui cabem os casos em que o problema estaria na deterioração dos materiais que constituem os elementos de fundação Seriam casos como por exemplo da ocorrência de agressão ao concreto ou corrosão das armaduras que constituem as sapatas de fundação as estacas os tubulões ou ainda os blocos de capeamento ou coroamento sobre as estacas e os tubulões Tratase portanto de um problema tipicamente estrutural não associado à transferência de carga para o solo Aula 11 Reforços de Fundações UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 133 32 Enrijecimento da Estrutura Podese considerar uma solução por enrijecimento da estrutura para os casos em que se estivesse procurando apenas minimizar os recalques diferenciais que estariam ocorrendo Este enrijecimento poderia ser alcançado através de implantações de vigas de rigidez interligando as fundações ou a introdução de pecas estruturais capazes de gerar o travamento da estrutura Figuras 33 Aumento da Área de Apoio Este caso aplicase às fundações por sapatas ou tubulões onde a transferência de carga para o solo ocorre basicamente pela superfície horizontal de contato da fundação com o solo Estes reforços seriam ocasionados por um aumento das cargas originais ou por ter sido adotado um valor inadequado para a tensão admissível do solo Constituise na ampliação da seção em planta da sapata ou da base do tubulão efetuada por meio de um enxerto Este em geral é caracterizado pelo chumbamento de ferragens na peça existente apicoamento de suas superfícies e o uso de resinas colantes Aula 11 Reforços de Fundações FUNDAÇÕES 134 bem como traços especiais do novo concreto a ser aplicado que por exemplo garanta uma forte retração para a melhor ligação entre o concreto antigo e o novo 34 Estacas Prensadas Este tipo de reforço constituise na instalação de pequenos elementos superpostos de estacas os quais podem ser compostos por pecas de concreto armado vazadas ou perfis metálicos São cravados através do emprego de macaco hidráulico que reage contra uma cargueira contra a estrutura ou contra a fundação já existente Estas estacas são também conhecidas sob a denominação de Estacas Mega estudadas em outra aula Aula 11 Reforços de Fundações UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 135 Aula 11 Reforços de Fundações FUNDAÇÕES 136 As estacas são constituídas por segmentos da ordem de 050 a 100 metro conforme as condições locais Pelo fato de serem introduzidas no terreno por meio de macacos hidráulicos e em pequenos segmentos este tipo de reforço mostrase bastante conveniente pois pode ser executado em locais pequenos e de difícil acesso ao pessoal e ao equipamento Além disso não induzem vibrações reduzindo os riscos de instabilidade que possam existir devido à precariedade das fundações defeituosas A segurança da obra que está sendo reforçada é aumentada instantaneamente após a instalação de cada estaca A sequência de execução esta apresentada na Figura acima As estacas de concreto são vazadas tanto que são comumente chamadas de tubos É usual que ao terminar a instalação da estaca e antes de seu encunhamento contra a estrutura sejam colocadas uma ou mais barras de aço no interior do círculo vazado e o mesmo preenchido com concreto Tal medida visa dar certa continuidade entre os diversos segmentos Muitas vezes tornase necessário executar vigas de concreto armado sob as paredes ou embutidas nas mesmas pois as alvenarias não seriam capazes de suportar diretamente os esforços aplicados pelo macaco hidráulico 35 Estacas Injetadas Estas estacas são denominadas estacasraiz microestacas e pressoancoragens e são executadas por perfuração com circulação de água Os equipamentos para execução deste tipo de estaca caracterizamse por suas pequenas dimensões permitindo o acesso a locais com limitações de altura como por exemplo os subsolos de edifícios Estacas raiz têm a vantagem de não ocasionar vibrações durante sua implantação as quais poderiam prejudicar ainda mais as condições de estabilidade das fundações já doentias Por outro lado devese considerar que a injeção e circulação de água sob as fundações problemáticas podem vir a instabilizar ainda mais as condições existentes Podem ser instaladas inclinadas ou verticalmente ao lado das peças a serem reforçadas ou ainda perfurando as sapatas ou blocos de coroamento sendo incorporadas nestas peças 36 Estacas Convencionais Nos casos em que haja altura suficiente para a instalação de um bateestacas é possível considerarse e o emprego de estacas um tanto mais convencionais de concreto armado ou protendido ou ainda estacas metálicas por perfis soldados laminados trilhos ou Aula 11 Reforços de Fundações UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 137 tubos de parede grossa Em geral serão necessárias emendas pois raramente o pédireito disponível será tal que permita a cravação de peças únicas Ainda é possível nestes casos considerarse o uso de estacas moldadas inloco tipo Strauss pois o equipamento constituído por um tripé em geral consegue ser instalado em locais com pédireito um tanto restrito cerca de 50 metros Neste caso há necessidade do uso de tubos de revestimento de pequeno comprimento cerca de 20 metros 37 Sapatas Tubulões e Estacas Adicionais Tratase da instalação de mais apoios por meio do acréscimo de sapatas tubulões ou estacas de tal forma a reduzir o carregamento nas fundações originais Tal medida visa a compensar o aumento de carregamento ou a adoção de uma tensão aplicada ao solo que tenha sido elevada diante da qualidade do material de apoio 38 Melhoria das Condições do Solo Nesta categoria consideramse os métodos que permitam melhorar as características de resistência e compressibilidade dos solos de apoio das fundações Os tipos mais prováveis a serem utilizados seriam a injeção de nata de cimento ou gel sob altas pressões ou jet grouting e CCP Como ilustração vide Figura Aula 11 Reforços de Fundações FUNDAÇÕES 138 4 Características dos Reforços Dentro de um tema de reforços de fundação podem ser caracterizados alguns tipos de serviços passíveis de serem classificados como a seguir 41 Reforço Permanente Aquele que se torna necessário em termos definitivos em virtude do mau desempenho das fundações originais Seria também o caso de um aumento no carregamento aplicado às fundações em função de ampliações ou de modificações na utilização da edificação Sua implantação visa complementar a capacidade de suporte das fundações existentes 42 Reforço Provisório Aquele que é aplicado somente para permitir que sejam efetuados os serviços de reforços permanentes ou para que uma fundação possa ser sobrecarregada provisoriamente para atendera uma condição especial de culta duração Seriam os casos em que mesmo não sendo desfeitos tais reforços não seriam necessários a partir de um determinado instante 43 Substituição de Fundações Tratase do caso cm que se torna necessária a modificação de uma fundação por outra Na realidade não seria um reforço das peças existentes originalmente mas a substituição por outras totalmente novas e sem que tenham que ser obrigatoriamente do mesmo tipo das antigas Um exemplo muito comum deste procedimento é a submuração que consiste na transferência do carregamento de um nível para outro mais abaixo Aula 11 Reforços de Fundações UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 139 44 Escoramentos Auxiliares para a Execução de Reforços São utilizados quando se torna necessário reduzir ou retirar provisoriamente o carregamento nas fundações existentes para que se possa proceder aos trabalhos de reforço ou substituição das peças de fundação Como exemplo vide Figura Baseado e adaptado de Eddy HG Edições sem prejuízo de conteúdo Aula 12 Fundações Mistas FUNDAÇÕES 140 Aula 12 Fundações Mistas A grande maioria dos projetos de fundações vistos até hoje buscam sempre a utilização de fundações rasas ou profundas dependendo do tipo do terreno e da estrutura da obra A associação entre diferentes tipos de fundações não tem sido muito utilizada pois transferem de forma distinta a carga ao solo Porém atualmente a utilização de fundações mistas vem chamando a atenção de diversos projetistas e pesquisadores especialmente por terem propiciado uma grande economia em relação às formas tradicionais de fundação e ainda com um ótimo desempenho quanto à capacidade de carga e recalques 1 Fundações Mistas O sistema de fundações como se sabe é formado pelo elemento estrutural do edifício que fica abaixo do solo e o maciço de solo envolvente sob a base e ao longo do fuste Sua função é suportar com segurança as cargas provenientes do edifício Convencionalmente as cargas que serão transmitidas as fundações são repassadas ao projetista de fundação Confrontando essas informações com as características do solo onde será edificado o projetista de fundações calcula o deslocamento desses elementos Quando o projeto estrutural é elaborado em separado do projeto de fundação considerase durante o dimensionamento das estruturas que a fundação terá um comportamento rígido indeslocável Na realidade tais apoios são deslocáveis e esse fator tem uma grande contribuição para uma redistribuição de esforços nos elementos da estrutura Essa redistribuição ou nova configuração de esforços nos elementos estruturais em especial nos pilares provoca uma transferência das cargas dos pilares mais carregados para os pilares menos carregados Ao considerar a interação soloestrutura no dimensionamento da fundação os pilares que estão mais próximos do centro terão uma carga menor do que a calculada havendo uma redistribuição das tensões Dessa forma é possível estimar os efeitos da redistribuição dos esforços na estrutura do edifício bem como a intensidade e a forma dos recalques diferenciais Aula 12 Fundações Mistas UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 141 2 Sapata Estaqueada Estapata O termo Sapata Estaqueada surgiu para especificar os sistemas de fundações mistas que envolvem a associação de um elemento de fundação superficial sapata com uma estaca ou grupo de estacas sendo ambas as partes responsáveis pelo desempenho da fundação quanto a capacidade de carga e recalques Baseado nas definições da norma brasileira de fundação NBR61222010 o termo sapata estaqueada é utilizado quando o elemento de fundação é composto por uma sapata ligada a uma estaca com o intuito de suportar os esforços de um único pilar Fisicamente um grupo de estacas ou bloco de estacas que é uma forma tradicional de fundação poderia ser considerado como uma sapata estaqueada quando o bloco de ligação entre as estacas estiver em contato com o solo fazendo assim o papel de elemento superficial da fundação como uma sapata Normalmente o termo grupo de estacas se refere à forma clássica de fundação em que somente as estacas são responsáveis por absorver e transferir ao solo todo o carregamento aplicado às fundações tendo o bloco apenas o papel estrutural de ligar as estacas 21 Transferência de Carga As fundações das estruturas transmitem esforços ao terreno Estes esforços dependem da força aplicada ao elemento estrutural da geometria da fundação e do comportamento do solo Quando se carrega uma sapata com uma carga vertical esta será transferida às camadas circunjacentes e às subjacentes sendo que esta transferência se dá como representado na a Figura Aula 12 Fundações Mistas FUNDAÇÕES 142 Já para uma estaca vertical com cargas verticais a transferência se dá parcialmente por atrito lateral e parcialmente pela resistência de ponta da estaca A transferência de carga para o solo está intimamente ligada ao processo executivo Estacas cravadas com deslocamento ou estacas escavadas sem deslocamento como também das características do solo se está em fase de estabilização ou parcialmente compactado ou ainda solo com possibilidade de expandirse Quanto à mobilização das parcelas de carga transferidas ela ocorre devido a movimentos no fuste ou na ponta figura abaixo A mobilização do atrito lateral se dá para pequenos movimentos dos pontos do fuste da estaca enquanto isso a mobilização da resistência de ponta se dá para movimentos maiores da ordem de 8 do diâmetro da estaca para estacas cravadas a 30 do diâmetro para estacas escavadas Aula 12 Fundações Mistas UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 143 Mesmo para estacas de rigidez relativamente elevada onde o recalque da cabeça da estaca é pouco maior que o da ponta a resistência final por atrito é mobilizada muito antes da resistência de ponta A transferência de carga é mais complicada no caso de estacas muito deformáveis onde o deslocamento da cabeça da estaca é muito maior que o da ponta e onde as resistências de atrito na porção superior da estaca podem ser mobilizadas muito antes que nas partes inferiores Estacas de grande comprimento suportam uma carga substancial de atrito sem que seja despertada ainda a carga de ponta não ocorre movimento relativo entre ponta e solo adjacente Quando a cabeça da estaca é descarregada após uma carga de compressão o fuste da estaca tende a retornar a posição inicial Assim a parte superior da estaca se moverá suficientemente em relação ao solo adjacente para desenvolver atrito negativo que é contrabalançado pelo atrito residual na porção superior do fuste ou quando a carga de compressão é suficientemente grande pela carga residual na ponta da estaca Uma vez que o processo de cravação consiste de um carregamento e descarregamento periódico da cabeça da estaca por impulsos dinâmicos estacas cravadas podem conter substancial carga residual que têm um efeito na resposta carga vs recalque da estaca 3 Estacas com Elementos Redutores de Recalque Uma abordagem mais direta e eficiente seria projetar estacas para minimizar a ocorrência de recalques diferenciais sem necessariamente reduzir o recalque médio do sistema de modo significativo As Figuras abaixo mostram esquematicamente os princípios nos quais se baseia o projeto de estacas para redução de recalques diferenciais Considerando que a carga estrutural seja uniformemente distribuída sobre a superfície do radier haverá uma tendência desse radier nãoestaqueado apresentar maiores recalques no seu centro A adição de umas poucas estacas na região central possivelmente carregadas próximo de sua capacidade última reduzirá essa tendência e minimizará os recalques diferenciais Aula 12 Fundações Mistas FUNDAÇÕES 144 Outro exemplo pode também ser representado por Aula 12 Fundações Mistas UNIDADE 2 DIMENSIONAMENTO 145 4 Fatores Influentes no Comportamento de Fundações Mistas O conhecimento dos fatores influentes no comportamento de fundações mistas favorece o grau de precisão dos resultados obtidos pela própria modelagem do problema utilizandose cada vez mais as variáveis envolvidas no fenômeno Nesta aula apresentamse os fatores influentes no comportamento de fundações mistas Neste sentido são abordados os aspectos que influenciam a capacidade de carga geotécnica das fundações mistas não se tratando de questões relativas à capacidade de carga estrutural 41 Capacidade Carga Axial das Estacas Como breve revisitação ao tema a capacidade de carga axial das estacas é um dos principais limitadores da utilização de estacas e o conhecimento de seus valores favorece a determinação da configuração final da fundação mista bem como o nível de mobilização de cada elemento São importantes principalmente para configurações de cargas sobre a fundação exclusivamente do tipo axiais A capacidade de carga axial é composta de duas parcelas resistência lateral e resistência de ponta tal como visto em aula anterior que não será abordado nesta No caso de estacas sob tração o peso próprio deve ser adicionado ao invés de subtraído da capacidade de carga axial das estacas 42 Capacidade Carga Lateral de Estacas De valor essencial no comportamento de obras com fundações mistas submetidas a carregamentos horizontais ou momento por exemplo torres de transmissão estruturas de retenção estruturas offshore etc a capacidade de carga lateral de estacas possui metodologias de cálculo que envolve as considerações da estática de uma estaca sobre um carregamento lateral Destas formulações requeremse especificações da distribuição da pressão lateral ao longo do fuste com a profundidade o conhecimento da resistência estrutural da peça quanto às cargas de momento e o modelo de ruptura postulado para o sistema estacasolo 5 Trabalhos Pioneiros de Fundações Mistas Em termos de capacidade de carga de sapatas estaqueadas o trabalho de Kishida e Meyerhof 1965 foi um dos primeiros estudos teóricos a considerar a contribuição do bloco apoiado no solo superficial em um grupo de estacas Aula 12 Fundações Mistas FUNDAÇÕES 146 Quanto ao comportamento carga vs recalque de uma fundação com a presença de um elemento superficial associado a uma estaca o primeiro trabalho teórico pode ser atribuído a Poulos 1968 que considerou a interação estacabloco para uma estaca isolada com um cap Outro trabalho que merece ser lembrado é a dissertação de mestrado de Akinmusuru 1973 que realizou uma série de testes em laboratório com modelos reduzidos de sapatas estaqueadas em areias Baseado e adaptado de Bruno Borges Ferreira Edições sem prejuízo de conteúdo