Apostilas sobre Projeto Estrutural de Sapatas_Parte1, Notas de estudo de Engenharia Civil

Engenharia Civil

Descrição: Apostilas de Engenharia Civil sobre Estruturas de Concreto, Projeto estrutural de sapatas, Aspectos geotécnicos para o projeto de sapatas, Investigações Geotécnicas, Escolha do tipo de fundações.
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CENTRO DE TECNOLOGIA
Departamento de Estruturas e Construção Civil
Disciplina: ECC 1008 Estruturas de Concreto
PROJETO ESTRUTURAL DE SAPATAS
Gerson Moacyr Sisniegas Alva
Santa Maria, dezembro de 2007.
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1. INTRODUÇÃO
1.1 Definições
Fundações são elementos estruturais cuja função é transmitir as ações atuantes
na estrutura à camada resistente do solo. Os elementos estruturais de fundações
devem apresentar resistência adequada para suportar as tensões geradas pelos
esforços solicitantes. Além disso, uma fundação deve transferir e distribuir
seguramente as ações da superestrutura ao solo, de modo que não cause recalques
diferenciais prejudiciais ao sistema estrutural nem a própria ruptura do solo.
Segundo a NBR 6122:1996, em função da profundidade da cota de apoio, as
fundações classificam-se em:
Fundação superficial: Elemento de fundação em que a ação é transmitida
predominantemente pelas pressões distribuídas sob a base da fundação, e em que a
profundidade de assentamento em relação ao terreno adjacente é inferior a duas vezes
a menor dimensão da fundação. Este tipo de fundação também é chamada de direta ou
rasa.
Fundação profunda: Elemento de fundação que transmite as ações ao terreno pela
base (resistência de ponta), por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma
combinação das duas e que está assente em profundidade superior ao dobro de sua
menor dimensão em planta e no mínimo 3m. Neste tipo de fundação incluem-se as
estacas, os tubulões e os caixões.
Neste texto aborda-se o projeto estrutural das sapatas, as quais representam
uma das soluções mais utilizadas como fundação superficial. As sapatas são
elementos tridimensionais e têm a finalidade de transferir para o terreno as ações
oriundas de pilares ou paredes. A área da base das sapatas é projetada em função da
tensão de compressão admissível do solo determinada através de investigação
geotécnica (sondagens).
Com relação à forma volumétrica, as sapatas podem ter vários formatos, porém
o mais comum é o cônico retangular, em virtude do menor consumo de concreto.
Figura 1.1: Fotos de execução de sapatas. Fonte: Fundacta
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1.2 Alguns aspectos geotécnicos para o projeto de sapatas
[
Texto suplementar: extraído de GIONGO & VANDERLEI (2000)]
O projeto de uma fundação envolve considerações da Mecânica dos Solos e de
análise estrutural. O projeto deve associar racionalmente, no caso
geral, os
conhecimentos das duas especialidades.
Este item aborda conceitos básicos associados aos problemas de geotecnia no
projeto de fundações, que ajudam a prever e adotar medidas que evitem recalques
prejudiciais ou ruptura do terreno, com conseqüente colapso da estrutura.
1.2.1 Investigações Geotécnicas
O engenheiro de fundações deve iniciar o seu projeto com um conhecimento tão
perfeito quanto possível do solo onde irá se apoiar a fundação. Os problemas causados
em uma superestrutura por insuficiência de infra-estrutura são graves na maioria das
vezes, e sempre de correção onerosa. É recomendável negligenciar economias nas
investigações geotécnicas, para evitar desperdício ou reforço nas fundações, que
poderia ser evitado com a realização de ensaio complementar, cujo valor torna-se
irrelevante quando comparado ao valor total do empreendimento.
O projetista deve saber acerca da extrema complexidade do solo, cujo
comportamento é função das pressões com que é solicitado, e depende do tempo e do
meio físico, não sendo possível definir precisamente a relação tensão-deformação.
Uma investigação tão completa quanto possível da natureza do solo é indispensável,
no entanto, sempre haverá risco em relação às condições desconhecidas.
A amplitude das investigações geotécnicas é função de diversos fatores, como o
tipo e tamanho da obra e o conhecimento prévio das características do terreno, obtidas
através de dados disponíveis de investigações anteriores de terrenos vizinhos ou de
mapas geológicos.
Através dessas investigações geotécnicas são obtidas as características do
terreno de fundação, natureza, propriedades, sucessão e disposição das camadas; e a
localização do lençol freático, de maneira que se possa avaliar mais corretamente a
tensão admissível do solo.
Para fins de projeto e execução, as investigações geotécnicas do terreno de
fundação devem seguir as especificações da NBR 6122:1996.
1.2.2 Escolha do tipo de fundações
A qualidade e o comportamento de uma fundação dependem de uma boa
escolha, que melhor concilie os aspectos técnicos e econômicos de cada obra.
Qualquer insucesso nessa escolha pode representar, além de outros inconvenientes,
custos elevadíssimos de recuperação ou até mesmo o colapso da estrutura ou do solo.
O engenheiro de fundações, ao planejar e desenvolver o projeto, deve obter
todas as informações possíveis referentes ao problema: estudar as diferentes soluções
e variantes; analisar os processos executivos; prever suas repercussões; estimar os
seus custos e, então, decidir sobre as viabilidades técnica e econômica da sua
execução.
Os fatores que influenciam na escolha do tipo de fundação são analisados a
seguir.
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a.
Relativos à superestrutura
Devem ser analisados aspectos como: o tipo de material que compõe a
superestruturas, por exemplo, concreto armado ou protendido, estrutura pré-fabricada,
estrutura de madeira, metálica ou alvenaria estrutural; quanto a função da edificação,
edifício residencial, comercial, galpão industrial, ponte, silos; e com relação as ações
atuantes, como grandeza, natureza, posição e tipo.
b.
Características e propriedades mecânicas do solo
As investigações geotécnicas são primordiais e muito importantes para a
definição do tipo de fundação mais adequado. Delas obtém-se dados do solo, tais
como: tipo de solo, granulometria, cor,
posição das camadas resistência,
compressibilidade, etc.
c.
Posição e característica do nível d’água
Dados sobre o lençol freático são importantes para o estudo de um possível
rebaixamento. Consideráveis variações do nível d’água podem ocorrer por causa das
chuvas. Um poço de reconhecimento muitas vezes é uma boa solução para
observação dessas possíveis variações.
d.
Aspectos técnicos dos tipos de fundações
Muitas vezes surgem algumas limitações a certos tipos de fundações em função
da capacidade de carga, equipamentos disponíveis, restrições técnicas, tais como:
nível d’água, matacões, camadas muito resistentes, repercussão dos prováveis
recalques, etc.
e.
Edificações na vizinhança
Estudo da necessidade de proteção dos edifícios vizinhos, de acordo com o
conhecimento do tipo e estado de conservação dos mesmos; como também a análise
da tolerância aos ruídos e vibrações são indispensáveis.
f.
Custo
Depois da análise técnica é feito um estudo comparativo entre as alternativas
tecnicamente indicadas. De acordo com as dificuldades técnicas que possam elevar os
custos, o projeto arquitetônico poderá ser modificado. Um outro ponto relativo ao custo
é o planejamento de início e execução, pois, algumas vezes, uma fundação mais cara,
garante um retorno financeiro mais rápido.
g.
Limitações dos tipos de fundações existentes no mercado
Determinadas regiões optam pela utilização mais freqüente de alguns poucos
tipos que se firmaram como mais convenientes localmente; o mercado torna-se
limitado, sendo, portanto, necessária uma análise da viabilidade da utilização de um
tipo de fundação tecnicamente indicada, mas não existente na região.
O problema é resolvido por eliminação escolhendo-se, entre os tipos de
fundações existentes, aqueles que satisfaçam tecnicamente ao caso em questão. A
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