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Trabalho sobre projeto de fundações apresentado na aula de introduçao a engenharia do curso de engenharia civil da UTFPR-PB
Tipologia: Notas de aula
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Não perca as partes importantes!
Trabalho acadêmico apresentado ao curso de Engenharia Civil da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, como requisito parcial para conclusão da disciplina de Introdução a Engenharia. Orientador: Prof. Dr. Rogério Carrazedo
Fundações são elementos estruturais cuja função é transmitir as cargas da estrutura para o terreno onde ela se apóia. Assim as fundações devem ter resistência adequada para suportar as tensões causadas pelos esforços solicitantes.
Existem vários tipos de fundações e a escolha do tipo mais adequado é função das cargas da edificação e da profundidade da camada resistente do solo. Com base na combinação destas duas análises optar-se-á pelo tipo que tiver o menor custo e o menor prazo de execução, analisando-se juntamente os mais variados elementos para o desenvolvimento como presença de ruídos, vibrações, tipos de solos, profundidade, cargas, etc. das quais serão abordadas neste trabalho.
É importante que a pessoa responsável pela contratação tenha o conhecimento dos tipos de fundação disponíveis no mercado e de suas características, sendo, somente assim, possível escolher a solução que atenda às características técnicas e ao mesmo tempo se adéqüe à realidade da obra.
A estrutura de uma obra é constituída pelo esqueleto (figura 1) formado pelos elementos estruturais, tais como: lajes (1), vigas (2), pilares (3) e fundações (4), etc.
Figura 1 – Estrutura de uma edificação Fonte: Rodrigues (P. 35) 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 bloco envolvente sob a base e ao longo do fuste.
Sua função é suportar com segurança as cargas provenientes do edifício, ou seja, é o elemento estrutural que transmite a carga de uma edificação para uma camada mais resistente do solo. Assim, as fundações devem ter resistência adequada para suportar as tensões causadas pelos esforços solicitantes. Além disso, o solo necessita de resistência e rigidez apropriadas para não sofrer ruptura e não apresentar deformações exageradas ou diferenciais. 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, conhecidas através de testes de sondagens, o projetista de fundações calcula o deslocamento desses elementos de compara com os recalques admissíveis da estrutura, ou seja, primeiro elabora-se o projeto estrutural e depois o projeto de fundação.
Os elementos necessários para o desenvolvimento de um projeto de fundações são:
(1) Topografia da área
(2) Dados geológico-geotécnicos
(3) Dados da estrutura a construir
(4) Dados sobre construções vizinhas
(5) Aspectos econômicos
Pode-se 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 suas características.
Somente com esse conhecimento é que será possível escolher a solução que atenda às características técnicas e ao mesmo tempo que se adéqüe à realidade da obra.
As cargas da edificação são obtidas por meio do projeto arquitetônico e estrutural, 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.
As solicitações a que uma estrutura está sujeita podem ser classificadas de diferentes maneiras e em outros países é comum separá-las em dois grandes grupos: Cargas vivas e cargas mortas, que se subdividem em:
(a) Cargas vivas:
(b) (^) Ações variáveis: As que ocorrem com valores que apresentam variações significativas em torno da média (ações devidas ao uso da obra, tipicamente);
(c) Ações excepcionais: As que têm duração extremamente curta e muito baixa probabilidade de ocorrência durante a vida da obra, mas que precisam ser consideradas no projeto de determinadas estruturas (explosões, colisões, incêndios, enchentes, sismos).
Quadro 1 – Peso específico dos materiais mais empregados em uma construção.
Fonte: Rodrigues (P. 36)
Quadro 2 – Sobrecargas ou cargas úteis em lajes de piso e forro.
Fonte: Rodrigues (P. 36)
A determinação da tensão admissível, resistência ou capacidade de carga do solo consiste no limite de carga que o solo pode suportar sem se romper ou sofrer deformação exagerada. Para obras de vulto sujeitas à cargas elevadas só pode ser realizada por empresas especializadas, que além do estudo do subsolo, de um modo geral propõem sugestões para o tipo de fundaçao mais adequado para que o binômio estabilidade-economia seja atendido.
Para obras de pequeno vulto, sujeitas a cargas relativamente pequenas, a resistencia do terreno poderá ser obtida por meio de tabelas práticas em função do tipo de solo.
Quadro 3 – Tensão admissível recomendada pela ABNT. Fonte: Rodrigues (P. 37)
Na maioria dos casos, a avaliação e o estudo das características do subsolo do terreno sobre o qual será executada a edificação se resume em sondagens de simples reconhecimento (sondagem a percussão) mas, dependendo do porte da obra, ou se as informações obtidas não forem satisfatórias, outros tipos de pesquisas poderão ser executados (por exemplo: poços exploratórios, ensaio de penetração contínua, ensaio d palheta). Características como: número de pontos de sondagem, seu posicionamento no terreno e a profundidade a ser atingida são determinados por profissional capacitado, baseado em normas brasileiras e na sua experiência. O primeiro passo para uma investigação adequada de subsolo é a definição de um programa, que irá definir as etapas da investigação e os objetivos a serem alcançados. As etapas são: (a) Investigação preliminar: Objetiva-se conhecer as principais características do subsolo. Nesta fase, em geral são executadas apenas sondagens à percussão, salvo nos casos em que se sabe a priori da ocorrência de blocos de rocha que precisam ser ultrapassados na investigação, quando, então, solicitam-se sondagens mistas. O Espaçamento ou a malha de sondagens é geralmente regular e a profundidade das sondagens deve procurar caracterizar o embasamento rochoso. Tendo-se executado as sondagens corretamente, as informações são condensadas e apresentadas em um relatório escrito e um relatório gráfico, que deverá conter as seguintes informações referentes ao subsolo estudo:
avançam até que se encontre o nível d’água ou até onde for estável. Os poços permitem um exame do solo nas paredes e fundo da escavação e a retirada de amostras indeformadas tipo bloco ou em anéis. Esse tipo de investigação está normalizado pela NBR 9604.
As sondagens a trado são perfurações que podem ser executadas com trados manuais do tipo: cavadeira, espiral ou torcido, helicoidal. A profundidade também está limitada à profundidade do nível d’água e as amostras retiradas são deformadas. Este tipo de investigação está normalizado pela NBR 9603.
3.2.. Sondagens a percussão O ensaio de sondagem a percussão SPT (Soil Penetration Test), por norma (NBR 6484), consiste da cravação de um amostrador de dimensões padronizadas, rosqueado em um conjunto de hastes metálicas que recebem e propagam (para o amostrador) a energia de golpes que são aplicados a partir da queda livre de um martelo (peso de ferro fundido ou aço) de massa equivalente a 65 kg, caindo de uma altura equivalente a 75 cm.
Detalhadamente, o processo de execução do ensaio segue os seguintes passos:
Figura 2 – Posicionamento do equipamento e abertura do pré-furo em SPT.
Fonte: Mendonça (2005, P.4)
Figura 3 – Avanço do furo até a subsequente cota inteira. Fonte: Mendonça (2005, P. 6).
Para pequenas áreas (entre 200m² e 400m²) são recomendados, no mínimo, três furos de sondagem, mas dependendo das características e importância da obra, poderá ser considerado maior quantidades de furos.
Figura 4: Planta de localização dos furos de sondagem bloco UTFPR.
Fonte: O autor.
Figura 5 – Relatório de sondagem
Fonte: fundacoes.net
As fundações se classificam em diretas e indiretas, de acordo com a forma de transferência de cargas da estrutura para o solo onde ela se apóia.
Figura 6: Bloco em alvenaria de tijolos Fonte: Barros (2003, P. 4)
Os alicerces, também denominados de blocos corridos, são utilizados na construção de pequenas residências e suportam as cargas provenientes das paredes resistentes, podendo ser de concreto, alvenaria ou de pedra.
Figura 7: Tipos de alicerces. Fonte: Barros (2003, P. 5).
2.3.2.. Sapatas 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 tração.
2.3.2...1... Sapatas isoladas
De menor altura que os blocos, são aquelas que transmitem para o solo, através de sua base, a carga de uma coluna (pilar) ou um conjunto de colunas.
Figura 8: sapatas isoladas. Fonte: Barros (2003, P. 7).
2.3.2...2... Sapatas Corridas
São elementos contínuos que acompanham a linha das paredes, as
quais lhe transmitem a carga por metro linear. Para edificações cujas cargas não sejam muito grandes, como residências, pode-se utilizar alvenaria de tijolos, caso contrário, ou ainda para profundidades maiores que 1,0 m torna- se mais adequado e econômico o uso do concreto armado.
Figura 9: Sapata corrida. Fonte: Barros (2003, P. 8).
Figura 10: Sapata corrida – Forma da fundação. Fonte: Rodrigues (P. 40).
Figura 11: Sapata corrida – Corte longitudinal Fonte: Rodrigues (P. 40).
2.3.2...3... Sapatas Associadas Um projeto econômico deve ser feito com o maior número possível de sapatas isoladas. No caso em que a proximidade entre dois ou mais pilares seja tal que as sapatas isoladas se superponham, deve-se executar uma sapata associada. A viga que une os dois pilares denomina-se viga de rigidez e tem a função de permitir que a sapata trabalhe com tensão constante.
Figura 12: Sapatas associadas Fonte: Barros (2003, P. 8)
2.3.2...4... Sapatas Alavancadas
