Universidade Estadual de Campinas
Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e
Urbanismo
EC – 823
fundações e elementos enterrados
Prof. Dr. Luiz. R. Cavicchia
Prof. Dr. Paulo J. R. Albuquerque
Notas de Aula
2º SEM 2006
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Fundações e elementos enterrados, Notas de aula de Engenharia Civil
Notas de aula da disciplina EC-829
Tipologia: Notas de aula
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Universidade Estadual de Campinas
Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e
Urbanismo
EC – 823
fundações e elementos enterrados
Prof. Dr. Luiz. R. Cavicchia Prof. Dr. Paulo J. R. Albuquerque
Notas de Aula
2 º SEM 2006
ii
- I NTRODUÇÃO SUMÁRIO
- A M ECÂNICA DOS S OLOS
- A Á REA DE F UNDAÇÕES
- NBR 6122 / 96 – P ROJETO E E XECUÇÃO DE F UNDAÇÕES
- 4.1. Fundação Superficial (ou rasa ou direta) .....................................................................
- 4.1.1. Sapata .................................................................................................................
- 4.1.2. Bloco ...................................................................................................................
- 4.1.3. Radier..................................................................................................................
- 4.1.4. Sapata associada .................................................................................................
- 4.1.5. Viga de fundação ................................................................................................
- 4.1.6. Sapata corrida .....................................................................................................
- 4.2. Fundação Profunda ....................................................................................................
- 4.2.1. Estaca..................................................................................................................
- 4.2.2. Tubulão ...............................................................................................................
- 4.2.3. Caixão .................................................................................................................
- 4.3. Termos.......................................................................................................................
- 4.4. Investigações geotécnicas, geológicas e observações locais .........................................
- 4.4.1. Reconhecimento geológico ..................................................................................
- 4.4.2. Reconhecimento geotécnico ................................................................................
- 4.5. Cargas e segurança nas fundações..............................................................................
- 4.5.1. Estados Limites Últimos – Análise de Ruptura .......................................................
- 4.5.2. Estados Limites de Utilização – Análise de Deformação.........................................
- 4.6. Fundações Superficiais................................................................................................
- 4.6.1. Pressão admissível................................................................................................
- 4.7. Metodologia para determinação da pressão admissível ...............................................
- 4.7.1. Pressão admissível em solos compressíveis............................................................
- 4.8. Solos expansivos.........................................................................................................
- 4.9. Solos colapsíveis .........................................................................................................
- 4.10. Dimensionamento de Fundações Superficiais ............................................................
- 4.10.1. Dimensionamento geométrico ...........................................................................
- 4.10.2. Dimensionamento estrutural ..............................................................................
- 4.10.2. Disposições construtivas.....................................................................................
- 4.11. Fundações Profundas ...............................................................................................
- 4.11.1. Carga admissível do ponto de vista geotécnico.................................................
- 4.11.2. Métodos para avaliação da capacidade de carga do solo..................................
- 4.11.2.1. Métodos estáticos .....................................................................................
- 4.11.2.2. Provas de carga .........................................................................................
- 4.11.2.3. Métodos dinâmicos...................................................................................
- 4.11.3. Carga admissível a partir do recalque ...............................................................
- 4.12. Atrito lateral...........................................................................................................
- 4.13. Tração e Esforços Horizontais .................................................................................
- 4.14. Efeito de Grupo......................................................................................................
- T IPOS DE F UNDAÇÕES
- 5.1 Fundações Rasas ou Diretas (H ≤ B)............................................................................
- 5.1.1. Blocos de Fundação ...........................................................................................
- 5.1.2. Sapatas de Fundação .........................................................................................
- 5.1.3. Radier................................................................................................................
- 5.2. Fundações Profundas ............................................................................................... iii
- 5.2.1. Estacas ..............................................................................................................
- 5.2.3. Tubulões............................................................................................................
- I NTERAÇÃO S OLO – F UNDAÇÃO
- 6.1. Caso geral ................................................................................................................
- 6.2. Casos típicos ............................................................................................................
- 6.2.1. Fundação rasa ou direta ( H ≤ 2.B ) ...................................................................
- 6.2.2. Fundações profundas (H > 2B) ..........................................................................
- I NTERAÇÃO S OLO – F UNDAÇÃO
- I NVESTIGAÇÃO DO S UBSOLO PARA F UNDAÇÕES
- 7.1. Introdução ...............................................................................................................
- 7.2. Subsídios mínimos a serem fornecidos pelo programa de investigação do subsolo
- 7.2.1. Informações que se buscam em um programa de prospecção
- 7.2.2. Coeficientes de Segurança .................................................................................
- 7.2.3. Tipos de Prospecção Geotécnica.........................................................................
- 7.2.3.1. Processos Indiretos ......................................................................................
- 7.2.3.2. Processos Semi-Diretos ................................................................................
- 7.2.3.3. Processos Diretos.........................................................................................
- 7.2.3.3.1. Poços ...................................................................................................
- 7.2.3.3.2. Trincheiras ............................................................................................
- 7.2.3.3.3. Sondagens a Trado ...............................................................................
- 7.2.3.3.4. Sondagens de Simples Reconhecimento (SPT) e (SPT-T) .........................
- 7.2.3.3.5. Sondagens Rotativas.............................................................................
- 7.2.3.3.6 Sondagens Mistas..................................................................................
- 7.2.4. Prospecção Geofísica .........................................................................................
- 7.2.4.1. Resistividade Elétrica....................................................................................
- 7.2.4.2. Sísmica de Refração.....................................................................................
- 7.2.5. Métodos Semi-diretos........................................................................................
- 7.2.5.1. Vane Test ....................................................................................................
- 7.2.5.2. Penetrômetros.............................................................................................
- 7.2.5.3. Ensaio Pressiométrico ..................................................................................
- I NVESTIGAÇÃO DO S UBSOLO PARA F UNDAÇÕES
- C APACIDADE DE C ARGA DE F UNDAÇÃO D IRETA
- 8.1. Fórmulas de Capacidade de Carga ............................................................................
- 8.1.1. Fórmula Geral de Terzaghi (1943 ) .....................................................................
- 8.1.1.1. Ruptura Geral (areias compactas e argilas duras) .........................................
- 8.1.1.2. Ruptura Local (areias fofas e argilas moles) ..................................................
- 8.1.1.3. Ruptura Intermediária (areias medianamente compactas e argilas médias) ...
- 8.1.2. Fórmula de Skempton (1951) - Argilas ...............................................................
- 8.1.1. Fórmula Geral de Terzaghi (1943 ) .....................................................................
- 8.1. Fórmulas de Capacidade de Carga ............................................................................
- inclinados 8.1.3. Coeficientes de redução dos fatores de capacidade de carga para esforços - 8.1.4. Influência do Nível d’Água .................................................................................
- 8.2. Método da NBR 6122/96..........................................................................................
- 8.2.1.– Correção para Solo Arenoso (Classe de 4 a 9) ...................................................
- 8.2.2. Correção para solo argiloso (Classe de 10 a 15)..................................................
- 8.2.3. Para qualquer solo .............................................................................................
- 8.3. Prova de Carga em Fundação Direta ou Rasa .....................................................
- 8.2. Método da NBR 6122/96..........................................................................................
- C APACIDADE DE C ARGA DE F UNDAÇÃO D IRETA
- R ECALQUES DE F UNDAÇÕES D IRETAS
- 9.1. Introdução ...............................................................................................................
- 9.2. Recalques de Estruturas ............................................................................................
- 9.3. Efeito de Recalques em Estruturas ............................................................................
- 9.3.1.Recalques Admissíveis das Estruturas...................................................................
- 9.3.2. Causas de Recalques .......................................................................................... iv
- 9.3.3. Recalques Limites (Bjerrum – 1963) ....................................................................
- 9.4. Pressões de Contato e Recalques ..............................................................................
- 9.4.1. Solos Arenosos ..................................................................................................
- 9.4.2. Solos Argilosos ..................................................................................................
- 9.5. Cálculo dos Recalques ..............................................................................................
- 9.5.1. Recalques por Adensamento – Solos Argilosos ...................................................
- 9.5.2. Recalque Elástico ...............................................................................................
- R ECALQUES DE F UNDAÇÕES D IRETAS
- I NFLUÊNCIA DAS DIMENSÕES DAS FUNDAÇÕES
- 10.1. Nos resultados das fórmulas de cálculo de recalques...............................................
- 10.1.1.Recalques elásticos............................................................................................
- 10.1.2.Recalques por adensamento .............................................................................
- 10.2. Nos resultados das fórmulas de cálculo de capacidade de carga..............................
- 10.2.1. Fórmula geral de Terzaghi................................................................................
- 10.2.2. Fórmula de Skempton......................................................................................
- 10.3. Nos Resultados das Provas de Carga .......................................................................
- 10.3.1. Solos argilosos .................................................................................................
- 10.3.2. Solos arenosos.................................................................................................
- 10.3.3. Observações ....................................................................................................
- D IMENSIONAMENTO DE F UNDAÇÕES POR S APATAS
- 11.1.Sapatas Isoladas ......................................................................................................
- 11.2. Sapatas Associadas.................................................................................................
- 11.3. Sapatas de Divisa....................................................................................................
- F UNDAÇÕES P ROFUNDAS
- 12.1 Tubulões .................................................................................................................
- 12.1.1. Tubulões a céu aberto......................................................................................
- 12.1.1.1. Sem revestimento......................................................................................
- 12.1.1.2. Com Revestimento ....................................................................................
- 12.1.1.3. Tubulões a Ar Comprimido ou Pneumáticos ..............................................
- 12.1.2. Capacidade de Carga dos Tubulões ..................................................................
- 12.1.2.1. Solos Arenosos..........................................................................................
- 12.1.2.2. Solos Argilosos (φ ≈ 0)..............................................................................
- 12.1.2.3. Considerações finais ..................................................................................
- 12.1.2.4. Ensaio de campo – SPT e CPT ....................................................................
- 12.1.2.5. Solos Coesivos - Resistência de Base...........................................................
- 12.1.2.6. Solos não coesivos – Resistência de Base....................................................
- 12.1.3. Dimensionamento de Tubulões ........................................................................
- 12.1.3.1. Tubulão Isolado ........................................................................................
- 12.1.3.2. Superposição de Bases ..............................................................................
- 12.1.3.2.1. Uma falsa Elipse .................................................................................
- 12.1.3.2.2. Duas Falsas Elipses ..............................................................................
- 12.1.3.3. Pilares de Divisa.........................................................................................
- 12.1.4. Cálculo do Volume de Concreto .......................................................................
- 12.1.4.1. Tubulão com base circular.........................................................................
- 12.1.4.2. Tubulão com base em “falsa elipse” ..........................................................
- 12.1.1. Tubulões a céu aberto......................................................................................
- 12.2. Estacas de Fundação ..............................................................................................
- 12.2.1. Classificação das Estacas ..................................................................................
- 12.2.1.1. Estacas de Sustentação..............................................................................
- 12.2.1.1.1. Forma de Trabalho de Sustentação .....................................................
- 12.2.1.1. Estacas de Sustentação..............................................................................
- 12.2.2. Implantação ....................................................................................................
- 12.2.2.1. Moldadas “in-loco” ................................................................................... v
- 12.2.2.1.1. Estacas brocas – trado manual (acima do NA)
- 12.2.2.1.2. Estaca escavada mecanicamente (s/lama bentonítica) ..........................
- 12.2.2.1.3. Estaca escavada (c/lama bentonítica)...................................................
- 12.2.2.1.4. Estaca raiz ..........................................................................................
- 12.2.2.1.5. Estaca Strauss.....................................................................................
- 12.2.2.1.6. Estaca Apiloada ..................................................................................
- 12.2.2.1.7. Estaca Hélice Contínua (monitorada)...................................................
- 12.2.2.1.8. Estaca Ômega (monitorada)................................................................
- 12.2.2.1.9. Estacas Franki (abaixo do NA) .............................................................
- 12.2.2.1.10. Estacas Simplex (abaixo do NA).........................................................
- 12.2.2.2. Cravadas ...................................................................................................
- 12.2.2.2.1. Madeira..............................................................................................
- 12.2.2.2.2. Metálicas:...........................................................................................
- 12.2.2.2.3. Concreto: ...........................................................................................
- 12.2.2.2.4. Estacas Prensadas (Mega) ...................................................................
- 12.2.2.2.5. Estacas Mistas ..................................................................................
- 12.2.2.1. Moldadas “in-loco” ................................................................................... v
- 12.2.3. Capacidade de Carga de Estacas Isoladas .......................................................
- 12.2.3.1. Fórmulas Estáticas ...................................................................................
- 12.2.3.1.1. Fórmulas Teóricas .............................................................................
- 12.2.3.2. Fórmulas Dinâmicas ................................................................................
- 12.2.3.3. Provas de Carga ......................................................................................
- 12.2.3.4. Fórmulas Semi-Empíricas .........................................................................
- 12.2.3.4.1. Método de AOKI & VELLOSO (1975) .................................................
- 12.2.3.4.2. Método de DÉCOURT & QUARESMA (1978)......................................
- 12.2.3.1. Fórmulas Estáticas ...................................................................................
- 12.2.4. Dimensionamento .........................................................................................
- 12.2.5. Estacas Isoladas e Grupos de Estacas..............................................................
- 12.2.5.1. Fórmula das Filas e Colunas .....................................................................
- 12.2.5.2. Fórmula de Converse-Labarre ..................................................................
- 12.2.5.3. Método de Feld.......................................................................................
- 12.2.1. Classificação das Estacas ..................................................................................
- E SCOLHA DO T IPO DE F UNDAÇÃO
- 13.1. Deverão ser conhecidas no mínimo:......................................................................
- 13.2. Critérios de decisão: .............................................................................................
- 13.3. Etapas para estudo de uma fundação:..................................................................
- 13.4. Limitações de alguns tipos de fundações profundas..............................................
- REFERÊNCIAS BIBLOGRÁFICAS
- 1 ª L ISTA DE E XERCÍCIOS
- 2 ª L ISTA DE E XERCÍCIOS
- 3 ª L ISTA DE E XERCÍCIOS
- 4 ª L ISTA DE E XERCÍCIOS
- 5 ª L ISTA DE E XERCÍCIOS
Toda obra de engenharia necessita de uma base sólida e estável para ser apoiada. Entende-se por obra de engenharia: edifício de apartamentos, galpão, barracão, ponte, viaduto, rodovia, ferrovia, barragem de terra ou concreto, porto, aeroporto, estação de tratamento de água, etc. Base sólida e estável: apoio que proporcione condições de segurança quanto à ruptura e deformações. É importante lembrar que os solos situados sob as fundações se deformam, e que, conseqüentemente, toda fundação sofre recalques, devido ao acréscimo de tensões introduzido por uma obra de engenharia no solo de fundação, e que a todo acréscimo de tensões corresponde uma deformação. O importante é que não sejam ultrapassadas as deformações limites (admissíveis), que cada edificação pode suportar sem prejuízo de sua utilização pelo tempo previsto para tal. O colapso de uma obra de engenharia pode ocorrer de duas maneiras diferentes: por ruptura ou por deformação excessiva do terreno de fundação. Exemplos de obras de engenharia com problemas de deformações excessivas, sem que, no entanto, tenham entrado em processo de ruptura: pavimentos que apresentam trincas e rachaduras, degraus nos acessos de pontes e viadutos, desaprumo acentuado (visível a olho nu) de vários edifícios em Santos, etc. Como qualquer outro material estrutural, o solo chega à ruptura se as cargas impostas ultrapassam um determinado valor. Na verdade, o engenheiro geotécnico tem que levar em consideração a ruptura do solo e também a ruptura da própria edificação que está construindo, que não necessariamente são coincidentes ou ocorrem com a aplicação das mesmas tensões. Na prática, para a solução dos problemas, é conveniente que sejam considerados dois tipos de colapsos : .colapso catastrófico, que ocorre quando a resistência do solo é ultrapassada e a fundação afunda rapidamente no solo. A edificação é geralmente destruída ou inutilizada. .colapso funcional da edificação, quando ela é impedida de cumprir com a finalidade para a qual foi projetada. Este segundo tipo de colapso resulta de recalques relativamente lentos e pode ocorrer algum tempo após a finalização da construção, e as tensões aplicadas no solo podem ser bem menores que as necessárias para causar o colapso catastrófico.
Para prevenir o colapso catastrófico, é necessário que as cargas aplicadas ao solo (σTRAB) estejam abaixo da tensão de ruptura (σRUP ) do solo. A relação σRUP / σTRAB = C.F. é o coeficiente de segurança contra o colapso catastrófico (ou ruptura).
Teoricamente, qualquer coeficiente de segurança maior que 1,0 pode ser suficiente para prevenir a ruptura. Na prática, o coeficiente de segurança deve ser muito bem estudado, pois está sujeito a vários fatores, tais como: variação nas cargas previstas, heterogeneidades não previstas no subsolo, etc. De qualquer maneira, a resolução de um problema de fundação implica necessariamente na busca da solução de dois problemas conceitualmente diferentes: o problema da ruptura e o problema das deformações excessivas. Para que as fundações apresentem comportamento compatível com as obras para as quais servirão de base, os estudos e projetos deverão ser executados por engenheiros especializados. Para que estes estudos sejam feitos de maneira satisfatória, é necessário que sejam conhecidos, com detalhes, no mínimo:
. Grandeza, natureza e locação das cargas que serão descarregadas nas fundações; . Detalhes sobre as deformações admissíveis da edificação; . Tipo de solo, espessura, profundidade e resistência das camadas que constituem o subsolo local; . Localização do nível d’ água do lençol freático (N.A.).
Os dados do subsolo podem ser levantados a partir de sondagens feitas no terreno, com coleta de amostras e avaliação da localização do nível d’ água.
4. NBR 6122 / 96 – P ROJETO E E XECUÇÃO DE F UNDAÇÕES
Esta norma adota as seguintes definições
4.1. FUNDAÇÃO S UPERFICIAL ( OU RASA OU DIRETA )
Elemento de fundação em que a carga é transmitida ao terreno, predominantemente pelas pressões distribuídas sob a base da fundação (H < 2B). Inclui-se neste tipo de fundação: sapatas, radier, blocos, sapatas associadas, vigas de fundação e as sapatas corridas.
4.1.1. S APATA Elemento de fundação superficial de concreto armado, dimensionado de modo que as tensões de tração não sejam resistidas pelo concreto, mas sim pelo emprego da armadura. Pode possuir espessura constante ou variável, sendo sua base em planta normalmente quadrada, retangular ou trapezoidal.
4.1.2. BLOCO Elemento de fundação superficial de concreto armado, dimensionado de modo que as tensões de tração nele produzidas possam ser resistidas pelo concreto, sem necessidade de armadura. Pode ter suas faces verticais, inclinadas ou escalonadas e apresentar normalmente em planta secção quadrada ou retangular.
4.1.3. RADIER Elemento de fundação superficial que abrange todos os pilares da obra ou carregamentos distribuídos (tanques, depósitos, silos etc).
4.1.4. S APATA ASSOCIADA Sapata comum a vários pilares, cujos centros, em planta, não estejam situados em um mesmo alinhamento.
Efeito de grupo de estacas ou tubulões – processo de interação das diversas estacas ou tubulões que constituem uma fundação, ao transmitirem ao solo as cargas que lhe são aplicadas. Recalque – movimento vertical descendente de um elemento estrutural. Quando o movimento for ascendente, denomina-se levantamento. Recalque diferencial específico – relação entre as diferenças dos recalques de dois apoios e a distância entre eles. Viga de equilíbrio – elemento estrutural que recebe as cargas de um ou dois pilares (ou pontos de carga) e é dimensionado de modo a transmiti-las centradas às fundações. Da utilização de viga de equilíbrio resultam cargas nas fundações, diferentes das cargas dos pilares nelas atuantes. Quando ocorre uma redução da carga, a fundação deve ser dimensionada, considerando-se apenas 50% desta redução. Quando a soma dos alívios totais puder resultar tração na fundação do pilar interno, o projeto de fundação deve ser re-estudado.
4.4. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS , GEOLÓGICAS E OBSERVAÇÕES LOCAIS
Para fins de projeto e execução de fundações, as investigações do terreno de fundação constituído por solo, rocha, mistura de ambos ou rejeitos compreendem: Investigações de campo – sondagens a trado, ensaios de penetração quase estática ou dinâmica, ensaios “in situ” de resistência e deformabilidade, ensaios “in situ” e permeabilidade etc. Investigações de laboratório
4.4.1. RECONHECIMENTO GEOLÓGICO Sempre que julgado necessário deve ser realizada vistoria geológica de campo por profissional especializado, complementada ou não por estudos geológicos adicionais.
4.4.2. RECONHECIMENTO GEOTÉCNICO Estão compreendidas as sondagens de simples reconhecimento à percussão (SPT), os métodos geofísicos e qualquer outro tipo de prospecção do solo para fins de fundação. As sondagens de simples reconhecimento são indispensáveis e devem ser executadas de acordo com a NBR 6484. A utilização de processos geofísica de reconhecimento só deve ser aceita se acompanhada por sondagens SPT ou rotativa.
4.5. CARGAS E SEGURANÇA NAS FUNDAÇÕES
Caso seja fornecido para o projetista de fundação um único tipo de carregamento sem especificação das ações combinadas, aplica-se a seguintes regras: Cálculo empregando-se Fator de Segurança Global CARGAS ADMISSÍVEIS EM RELAÇÃO À CARGA ÚLTIMA - As cargas admissíveis em elementos de fundação, são obtidas pela aplicação de fatores de segurança, conforme o seguinte Quadro 4.1.
Quadro 4.1 - Fatores de segurança globais mínimos Condição FS Capacidade de carga de fundações superficiais 3, Capacidade de carga de estacas ou tubulões sem prova de carga 2, Capacidade de carga de estacas ou tubulões com prova de carga 1,
No caso de fundações profundas, só é permitido reduzir o FS quando se dispõe do resultado de um número adequado de provas de carga e quando os elementos ensaiados são representativos do conjunto da fundação, ou a critério do projetista.
CARGA ADMISSÍVEL EM RELAÇÃO AOS DESLOCAMENTOS MÁXIMOS - As cargas admissíveis são, neste caso, obtidos por cálculo ou experimentalmente, com aplicação de FS ao inferior a 1,5. Cálculo empregando-se Fatores de Segurança Parciais A segurança nas fundações deve ser estudada por meio de análises correspondentes aos estados limites últimos (perda de capacidade de carga e instabilidade elástica ou flambagem) e de utilização (definidos pela NBR 8681). Entretanto, em obras correntes de fundação, estas análises em geral se reduzem à verificação do estado limite último de ruptura ou deformação plástica excessiva (análise de ruptura) ou à verificação do estado limite de utilização caracterizado por deformações excessivas (análise de deformações).
4.5.1. E STADOS LIMITES Ú LTIMOS – ANÁLISE DE RUPTURA Nesta análise, os valores de cálculo das ações na estrutura no estado limite último são comparados aos valores de cálculo da resistência do solo ou do elemento da fundação. Os esforços na estrutura devem ser calculados de acordo com a NBR 8681. Os valores de cálculo da resistência do solo são determinados dividindo-se os valores característicos dos parâmetros de resistência da coesão (c) e do ângulo de atrito (φ) pelos coeficientes de ponderação do Quadro 4.2.
Quadro 4.2 – Coeficientes de ponderação das resistências Parâmetro In situ A^ Laboratório Correlações B Tangente do ângulo de atrito interno 1,2 1,3 1, Coesão (estabilidade e empuxo de terra) 1,3 1,4 1, Coesão (capacidade de carga de fundações) 1,4 1,5 1, A (^) Ensaios CPT, Palheta (Vane, Pressiômetro, conforme a NBR 10905) B (^) Ensaios SPT, Dilatômetro
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, quando se determina inicialmente sua resistência (ou capacidade de carga) característica Pk , neste caso deve-se aplicar o terceiro coeficiente de ponderação do Quadro 4.3. a partir de método semi-empírico ou empírico, quando se determina inicialmente sua resistência (ou capacidade de carga) característica nominal, deve-se aplicar um dos primeiros coeficientes de ponderação conforme Quadro 4.3, dependendo do tipo de fundação; quando se empregam métodos teóricos, não se aplica os coeficientes do Quadro 4.3, pois o resultado obtidos já foram reduzidos pelos coeficientes do Quadro 4.2.
Quadro 4.3 – Coeficientes de ponderação de capacidade de carga de fundações. Condição Coeficiente Fundação superficial (sem prova de carga) A^ 2, Fundação profunda (sem prova de carga) A^ 1, Fundação com prova de carga 1, A (^) Capacidade de carga obtida por método empírico ou semi empírico
4.7.1. PRESSÃO ADMISSÍVEL EM SOLOS COMPRESSÍVEIS
A implantação de fundações em solos constituídos por areias fofas, argilas moles, siltes fofos ou moles, aterros e outros materiais só pode ser feita após cuidadoso estudo com base em ensaios de laboratório e campo, compreendendo o cálculo de capacidade de carga (ruptura) e a análise de repercussão dos recalques sobre o comportamento da estrutura.
4.8. S OLOS EXPANSIVOS
Solos expansivos são aqueles que, por sua composição mineralógica, aumentam de volume quando há um aumento do teor de umidade. Nestes solos não se pode deixar de levar em conta o fato de que, quando a pressão de expansão ultrapassa a pressão atuante, podem ocorrer deslocamentos para cima. Por isto, em cada caso, é indispensável determinar experimentalmente a pressão de expansão, considerando que a expansão depende das condições de confinamento.
4.9. S OLOS COLAPSÍVEIS
Para o caso de fundações apoiadas em solos de elevada porosidade, não saturados, deve ser analisada a possibilidade de colapso por encharcamento, pois estes são potencialmente colapsíveis. Em princípio devem ser evitadas fundações superficiais apoiadas neste tipo de solo, a não ser que sejam feitos estudos considerando-se as tensões a serem aplicadas pelas fundações e a possibilidade de encharcamento do solo.
4.10. DIMENSIONAMENTO DE FUNDAÇÕES S UPERFICIAIS
As fundações superficiais devem ser definidas por meio de dimensionamento geométrico e cálculo estrutural.
4.10.1. DIMENSIONAMENTO GEOMÉTRICO Devem-se considerar as seguintes solicitações: 9 Cargas centradas → a área de fundação solicitada por cargas centradas deve ser tal que a pressão transmitida ao terreno, admitida uniformemente distribuída,seja menor ou igual à pressão admissível. 9 Cargas excêntricas → é aquela em que uma força vertical cujo eixo não passa pelo centro de gravidade da superfície de contato da fundação com o solo; forças horizontais situadas fora do plano da base de fundação; qualquer outra composição de forças que gerem momentos de fundação 9 Cargas horizontais.
4.10.2. DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL Deve ser feito de maneira a atender as NBR 6118, NBR 7190 e NBR 8800. Para o dimensionamento de blocos de fundação devem ser tal que o ângulo β, expresso em radianos e mostrado na Figura 4.1, satisfaça a seguinte equação.
1 tan ct
adm (^) + σ
σ ≥ β
β
onde: σadm = tensão admissível do terreno (MPa) σct = tensão de tração no concreto (σct=0,4.f (^) tk ≤ 0,8MPa) f (^) tk = resistência característica à tração do concreto, cujo valor pode ser obtido a partir da resistência característica à compressão (fck ) pelas equações.
f ftk = ck para f (^) ck ≤ 18,0 MPa
f (^) tk = 0,06. f (^) ck + 0,7 MPa para f (^) ck > 18,0 Mpa
Nota: Com respeito à distribuição das pressões sob a base do bloco, aplica-se o já disposto para as sapatas.
β
Figura 4.1 – Ângulo β nos blocos.
4.10.2. DISPOSIÇÕES CONSTRUTIVAS A dimensão mínima em planta, para as sapatas ou blocos não deve ser inferior a 60cm. A base de uma fundação deve ser assente a uma profundidade tal que garanta que o solo não seja influenciado pelos agentes atmosféricos e fluxos d’água. Nas divisas com os terrenos vizinhos, salvo quando as fundações forem assente sobre rocha, tal profundidade não deve ser superior a 1,5m. Em fundações que não se apóiam sobre rocha, deve-se executar anteriormente à sua execução uma camada de concreto simples de regularização de no mínimo 5cm de espessura, ocupando toda a área da cava da fundação. No caso de fundações próximas, porém situadas em cotas diferentes, à reta de maior declive que passa pelos seus bordos deve fazer, com a vertical, um ângulo α como mostrado na Figura 4.2, com os seguintes valores: 9 solos poucos resistentes α ≥ 60º 9 solos resistentes α = 45º 9 rochas α = 30º
α
Figura 4.2 – Fundações próximas, mas em cotas diferentes.
A fundação situada em cota mais baixa deve ser executada em primeiro lugar, a não ser que se tomem cuidados especiais.
4.11. FUNDAÇÕES PROFUNDAS
A determinação da carga admissível deve ser feita para as condições finais de trabalho da estaca, tubulão ou caixão. Esta observação é particularmente importante no caso de fundações
crescimento contínuo de recalque com a carga. Nos dois primeiros casos, deve-se extrapolar a curva carga x recalque para se avaliar a carga de ruptura, o que deve ser feito por critérios consagrados na Mecânica dos Solos sobre uma curva do primeiro carregamento. No terceiro caso, a carga de ruptura pode ser convencionada como aquela que corresponde, na curva carga x recalque, mostrada na Figura 4.3, ao recalque obtido pela equação a seguir, ou por outros métodos consagrados:
D
AxE
PrxL Δr = +
onde: Δr = recalque de ruptura convencional Pr = carga de ruptura convencional L = comprimento da estaca A = área da secção transversal da estaca E = módulo de elasticidade da estaca D = módulo do círculo circunscrito à estaca ou, no caso de barretes, o diâmetro do círculo de área equivalente ao da secção transversal desta.
- as unidades devem ser compatíveis.
Δ
Δ
Figura 4.3 – carga de ruptura convencional.
4.11.2.3. MÉTODOS DINÂMICOS São métodos de estimativa da capacidade de carga de fundações profundas, baseados na previsão e/ou verificação do seu comportamento sob ação de carregamento dinâmico. Entre os métodos dinâmicos estão as chamadas “Fórmulas Dinâmicas” e os métodos que usam “Equação da Onda”.
4.11.3. CARGA ADMISSÍVEL A PARTIR DO RECALQUE A verificação do recalque pode ser feita por prova de carga ou através de cálculo por método consagrado, teórico ou semi-empírico, sendo as propriedades do solo obtidas em ensaios de laboratório ou “in situ” (eventualmente através de correlações).
4.12. ATRITO LATERAL
O atrito lateral é considerado positivo no trecho do fuste da estaca ou tubulão ao longo do qual o elemento de fundação tende a recalcar mais que o terreno circundante.
O atrito lateral é considerado negativo no trecho em que o recalque do solo é maior que o da estaca ou do tubulão. Este fenômeno ocorre no caso de o solo estar em processo de adensamento, provocado pelo peso próprio ou por sobrecarga lançadas na superfície, rebaixamento ou lençol d’água, amolgamento decorrente da execução de estaqueamento etc. Recomenda-se calcular o atrito negativo segundo métodos teóricos que levem em conta o funcionamento real do sistema estaca-solo. No caso de estaca em que se prevê a ação do atrito negativo, a carga de ruptura P, do ponto de vista geotécnico é determinada pela expressão:
P (^) r = P (^) p + Pl (+) = 2.P+1,5.Pl (-) Onde: Pp = parcela correspondente à resistência na ruptura de ponta. Pl (+) = parcela correspondente à resistência na ruptura, por atrito lateral positivo (calculado no trecho do fuste entre o ponto neutro e a ponta da estaca)
Pl (-) = parcela correspondente ao atrito lateral negativo P = carga que pode ser aplicada no topo da estaca
Notas: Considera-se ponto neutro a profundidade da secção da estaca onde ocorre a mudança do atrito lateral de negativo para positivo.
4.13. T RAÇÃO E E SFORÇOS HORIZONTAIS
No caso de prova de carga à tração ou carga horizontal, vale o coeficiente de segurança 2 à ruptura e o coeficiente de segurança 1,5 em relação à carga correspondente ao deslocamento compatível com a estrutura.
4.14. E FEITO DE G RUPO
Entende-se por efeito de grupo de estacas ou tubulões o processo de interação das diversas estacas ou tubulões que constituem uma fundação ou parte de uma fundação, ao transmitirem ao solo as cargas que lhes são aplicadas. Esta interação acarreta uma superposição de tensões, de tal sorte que o recalque do grupo de estaca ou tubulões para a mesma carga por estaca é, em geral, diferente do recalque da estaca ou tubulão isolado. O recalque admissível da estrutura deve ser comparado ao recalque do grupo e não ao do elemento isolado da fundação, A carga admissível de um grupo de estacas ou tubulões não pode ser superior à de uma sapata de mesmo contorno que o do grupo, e assente a uma profundidade acima da ponta das estacas ou tubulões igual a 1/3 do comprimento de penetração na camada suporte, como mostrado na Figura 4.4, sendo a distribuição de pressões calculada por um dos métodos consagrados na Mecânica dos Solos.
Figura 4.4 – Grupo de elementos de fundações profundas.
Figura 5.3 – Bloco escalonado.
Blocos de fundação → Assumem a forma de bloco escalonado, ou pedestal, ou de um tronco de cone. Alturas relativamente grandes e resistem principalmente por compressão.
5.1.2. S APATAS DE FUNDAÇÃO
Figura 5.4 – Sapata isolada.
B
h (^) S
H
L
B
P
CORTE
PLANTA
Figura 5.5. – Sapata.
Sapatas (isoladas ou associadas) →. São elementos de apoio de concreto, de menor altura
que os blocos, que resistem principalmente por flexão.
Sapatas podem ser:
- circulares - (B =φ)
- quadradas - (L = B)
- retangulares - (L > B) e (L ≤ 3B ou L ≤ 5B)
- corridas - (L > 3B ou L > 5B)
5.1.3. RADIER Quando todos pilares de uma estrutura transmitirem as cargas ao solo através de uma única sapata. Este tipo de fundação envolve grande volume de concreto, é relativamente onerosa e de difícil execução. Quando a área das sapatas ocuparem cerca de 70 % da área coberta pela construção ou quando se deseja reduzir ao máximo os recalques diferenciais.
Figura 5.5 – Radier.
Mais rígido
Mais flexível
P 1 P 2 P 3 P 4 P 5
Figura 5.6 – Rigidez.
5.2. FUNDAÇÕES PROFUNDAS
5.2.1. E STACAS
Elementos bem mais esbeltos que os tubulões, caracterizados pelo grande comprimento e pequena secção transversal. São implantados no terreno por equipamento situado à superfície. São em geral utilizados em grupo, solidarizadas por um bloco rígido de concreto armado (bloco de coroamento). P ≤ R (^) L + R (^) P onde R (^) L = Resistência Lateral e RP = Resistência de Ponta
9 Estacas quanto ao carregamento: Ponta, Atrito, Ação Mista, Estacas de Compactação, Estacas de Tração e Estacas de Ancoragem