Apostila de fundações

Apostila de fundações

(Parte 1 de 4)

Fundações

1 – Definição

2 – Exame do Terreno

3 – Equipamentos de sondagem

4 – Princípios gerais da aptidão de suporte de um solo resistente

5 – Especificação de uma estrutura de fundação

6 – Considerações sobre o dimensionamento de fundações

7 – Classificação das fundações

8 – Alicerces e sapatas

9 – Estacas

10 – Estacas de sustentação

11 – Estacas de contençaõ

12 - Tubulões

Glossário

Normas Técnicas

Bibliografia

1 – Definição

Chama-se fundação a parte de uma estrutura que transmite ao terreno subjacente a carga da obra. Na figura a seguir, pode-se visualizar e revisar os elementos que constituem uma edificação.

Esquema dos elementos de uma edificação

2 – Exame do Terreno

Muitas vezes o aspecto de um solo leva o técnico a considera-lo firme. No entanto, um exame mais cuidadoso pode mostrar tratar-se de solo altamente compressível, exigindo consolidação prévia. Este exame denomina-se 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.

Para efeito prático na construção, a Mecânica dos Solos divide os materiais que ocorrem na superfície da crosta terrestre em:

  1. Rochas - solos rochosos (rochas em decomposição ou sã);

  2. Solos Arenosos/Siltuosos - com propriedade de compacidade (grau de compacidade);

  3. 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:

  1. visitar o local da obra, detectando a eventual existência de alagados, afloramento de rochas etc.;

  2. visitar obras em andamento nas proximidades, verificando as soluções adotadas;

  3. fazer sondagem a trado (broca) com diâmetro de 2” ou 4”, recolhendo amostras das camadas do solo até atingir a camada resistente;

  4. mandar fazer sondagem geotécnica.

3 – Equipamentos de 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 seqüentes, 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. 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

Planta de locação dos furos de sondagem

Perfil de sondagem geológica (parte do laudo técnico)

Para a sondagem em solos impenetráveis são utilizados equipamentos de perfuração rotativa, que permitem a obtenção de amostras (ou testemunhos) para os conseqüentes 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 (7/8”), AX (11/8”), BX (1 5/8”) e NX (2 1/8”).

4- Princípios Gerais da 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 kgf/ cm2 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 na próxima figura.

Na figura seguinte é mostrado o detalhe de um ensaio prático de campo para determinação da tensão admissível do solo.

Camadas resistentes e tipos de fundação indicadas

  1. Se os solos A=B=C têm características iguais de resistência, é possível implantar a fundação em A;

  2. Se só A é resistente, deve-se apoiar fundações de estruturas leves, cuja carga limite deve ser determinada por análise de recalque;

  3. 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;

  4. Se A=B são solos fracos e C é resistente, o apoio da fundação deverá ser em C.

Ensaio prático para a determinação de tensão admissível do solo pelo método simples.

Ensaio prático pelo método simples

Exemplo: Um pilão de 20 Kg que tem diâmetro de 15 cm, cai 10 vezes de uma altura de 0,50 m e penetra no solo 5 cm. Qual é a resistência do terreno?

S=  R² = 3,14x 7,5² =176,70 cm²

 = 20/10 x 176,7 [(10x 0,5 / 0,05) + (10+1/2)] = 1,192 ou = 1,2 kg/cm²

Obs: O solo classifica-se como arenoso.

5- Especificação de uma Estrutura de Fundação

O processo de especificação de um tipo de fundação, na generalidade dos casos, determina freqüentemente dois tipos de fundações, chamadas genericamente de fundações do tipo rasa ou direta e do tipo profunda.

5.1 – Especificação para fundações rasas ou diretas

A fundações do tipo rasa ou direta é executada quando a resistência de embasamento pode ser obtida no solo superficial numa profundidade que pode variar de 1,0 a 3,0 metros. Nesse caso, pode-se executar alicerces ou sistemas de sapatas interligadas por vigamentos, levando em conta os seguintes cuidados na execução:

  1. executar o escoramento adequado na escavação das valas com profundidades maiores que 1,5 m, quando o solo for instável;

  2. consolidar o fundo da vala, com a regularização e compactação do material;

  3. 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;

  4. determinar um sistema de drenagem para viabilizar a execução, quando houver necessidade;

  5. utilizar sistema de ponteiras drenantes (Well Points), de acordo com a próxima figura, dispostas na periferia da escavação com espaçamento de 1,0 a 3,0 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;

  6. determinar um processo de impermeabilização da alvenaria acima do soco, para não permitir a permeabilidade da umidade por capilaridade.

Sistema de rebaixamento de lençol freático

5.2 – Especificações para fundações profundas

Quando o solo resistente se encontra em profundidades superiores a 3,0 metros, podendo chegar a 20,0 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.

6- Considerações sobre o Dimensionamento de Fundações

No processo de dimensionamento de fundações o estudo compreende preliminarmente duas partes essencialmente distintas:

  1. estudo do solo, por meio da sondagem, com a aplicação do estudo da Mecânica dos Solos e Rochas;

  2. cálculo das cargas atuantes sobre a fundação, com a aplicação do estudo da análise das estruturas.

Com esses dados, passa-se à escolha do tipo de fundação, tendo-se ainda presente que:

  1. as cargas da estrutura devem ser transmitidas às camadas de solo capazes de suporta-las sem ruptura;

  2. as deformações das camadas de solo subjacentes às fundações devem ser compatíveis com as da estrutura;

  3. a execução das fundações não deve causar danos as estruturas vizinhas;

  4. ao lado do aspecto técnico, a escolha do tipo de fundação deve atender ao aspecto econômico.

  5. finalmente, segue-se o dimensionamento e detalhamento, estudando-se a fundação como elemento estrutural.

7- 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 das estruturas de embasamento levando em consideração a forma de execução, implantação, equipamento necessário e as vantagens e desvantagens de sua utilização.

7.1 - Fundações diretas

São aquelas estruturas executadas em valas rasas, com profundidade máxima de 3,0 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 0,50 a 1,20 m), e largura variando conforme a carga das paredes.

Quadro demonstrativo dos tipos de sistemas de infraestrutura de edificações e obras de engenharia

Sistema

Tipo

Forma de execução

Forma de implantação

Equipamento

Vantagens

Desvantagens

Rasas ou diretas

Alicerce ou sapata corrida

Moldada in-loco

Alvenaria de tijolos maciços ou concreto

Não necessita de equipamento especial

Simplicidade

Exige cuidados especiais com solo abaixo do lencol freático

Sapata isolada

Moldada in-loco

Concreto armado

Não necessita de equipamento especial

Flexibilidade de formas

Exige cuidados especiais com a escavação

Placas ou Radiers

Moldada in-loco

Concreto armado

Concreto protendido

Equipamentos usuais das obras em concreto

Baixo custo em terrenos homogêneos

Exige cuidados especiais no dimensionamento

Profundas ou especiais

Estaca de madeira

Pré-fabricada

Cravação

Bata-estacas de gravidade

Baixo-custo

Facilidade de corte e emenda

Resistente ao esforços de transporte e manuseio

Durabilidade ilimitada se usada em locais submersos (água doce)

Pouca durabilidade em locais com variação de umidade

Baixa resistencia a umidade e ataques de organismos

Estaca metálica

Pré-fabricada

Cravação

Bate-estacas de gravidade ou a motor

Facilidade de cravação

Maior garantia de integridade

Muito Resistente aos esforços de manuseio

Alto custo

Estaca de concreto

Pré-fabricada

Cravação

Bate-estacas

Grande durabilidade

Indicada para vários tipos de solicitações

Baixa resistência aos esforços de manuseio e transporte

Dificuldade de execução de cortes e emendas

Grande possibilidade de falhas de integridade

Strauss

Moldada in-loco

Cravação

Bate-estacas simples

Baixo custo

Equipamento com boa mobilidade no canteiro

Grande possibilidade de falhas

Não pode ultrapassar o lençol freático

Siimplex

Moldada in-loco

Cravação

Bate-estacas

Pode ultrapassar o lençol freático

Difícil de encontrar comercialmente

Franki

Moldada in-loco

Cravação

Bate-estacas

Admite altas cargas

Indicada para grandes profundidades

Grande possibilidade de falhas de integridade

Vibração excessiva no entorno

Recuperação de patologias

Estaca Mega ou prensada

Pré-fabricada

Cravação por reação

Macaco hidráulico

Indicada para recuperar estruturas sem demolição

Alto custo

Demorada

Estaca injetada

Moldada in-loco

Perfuração

Perfuratriz e equipamento de injeção

Indicada para recuperar estruturas onde não é possível utilizar vibração (bate-estacas)

Alto custo

Equipamentos especiais

Obras simples

Estaca broca

Moldada in-loco

Escavação

Trado manual

Rapidez

Baixo custo

Poucas profundidades

As sapatas são estruturas de concreto armado, de pequena altura em relação às dimensões da base. São estruturas “semiflexíveis”; ao contrário dos alicerces que trabalham a compressão simples, as sapatas trabalham a flexão.

Quanto à forma, elas são usualmente de base quadrada, retangular, circular ou poligonal.

Forma da seção das sapatas isoladas

7.2 - 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. Na figura a seguir pode-se ver os elementos componentes de um sistema de estaqueamento.

8 - Alicerces e Sapatas

São fundações diretas que podem ser executados em estruturas dos tipos: isolada, contínua ou radier (placas). A fundação do tipo isolada é a que suporta apenas a carga de um pilar, podendo ser um bloco (em concreto simples ou ciclópico, com grande altura em relação à base) ou uma sapata (em concreto armado, de pequena altura em relação a base).

Os alicerces na generalidade dos casos são executados de forma contínua, sob a linha de paredes de uma edificação, utilizando-se:

  1. Sistema de alvenaria de tijolos maciços, em bloco simples ou escalonado;

  2. Sistema de pedras argamassadas sobre lastro de concreto simples;

  3. Sistema de alvenaria sobre lajes de concreto armado ( sistema misto);

  4. Sistema em concreto ciclópico.

(Parte 1 de 4)

Comentários