apostila fundação

apostila fundação

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ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE CONSTRUÇÃO CIVIL PCC-2435: Tecnologia da Construção de Edifícios I

Fundações _

ABRIL / 1996 Revisão: Profa. Mercia Barros – fevereiro de 2003

1. INTRODUÇÃO1
2. INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO1
3. TIPOS DE FUNDAÇÕES3
3.1 BLOCOS E ALICERCES4
3.2 SAPATAS6
3.2.1 Sapatas isoladas6
3.2.2 Sapatas corridas7
3.2.3 Sapatas associadas8
3.2.4 Sapatas alavancadas8
3.3 RADIERS9
3.4 TUBULÕES10
3.4.1 Tubulões a céu aberto10
3.4.2 Tubulões com ar comprimido12
3.5 ESTACAS DE MADEIRA14
3.6 ESTACAS METÁLICAS14
3.7 ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO15
3.7.1 Estacas Mega17
3.8 BROCAS18
3.9 ESTACAS STRAUSS19
3.10 ESTACAS FRANKI20
3.1 ESTACAS RAIZ2
3.12 ESTACAS ESCAVADAS E BARRETES24
4. ARRASAMENTO DE ESTACA28

SUMÁRIO BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................... ................... 30

1. INTRODUÇÃO

Fundações são os elementos estruturais cuja função é transmitir as cargas da estrutura ao terreno onde ela se apóia (AZEREDO, 1988). 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.

Para se escolher a fundação mais adequada, deve-se conhecer os esforços atuantes sobre a edificação, as características do solo e dos elementos estruturais que formam as fundações. Assim, analisa-se a possibilidade de utilizar os vários tipos de fundação, em ordem crescente de complexidade e custos (WOLLE, 1993). Fundações bem projetadas correspondem de 3% a 10% do custo total do edifício; porém, se forem mal concebidas e mal projetadas, podem atingir 5 a 10 vezes o custo da fundação mais apropriada para o caso. O custo da fundação aumenta também em casos em que as características de resistência do solo são incompatíveis com os esforços que serão a ele transferido, pois nestas situações, elementos de fundação mais complexos são exigidos, podendo-se ter, inclusive, a necessidade de troca de solo, com reaterro e compactação. Tudo isto levando a custos, muitas vezes, não previstos inicialmente.

2. INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO

Na grande 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 à 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 de palheta).

Características como: número de pontos de sondagem, seu posicionamento no terreno (levandose em conta a posição relativa do edifício) e a profundidade a ser atingida são determinadas por profissional capacitado, baseado em normas brasileiras e na sua experiência (BRITO,1987).

Tendo-se executado as sondagens corretamente, as informações são condensadas e apresentadas em um relatório escrito e outro gráfico, que deverá conter as seguintes informações referentes ao subsolo estudado:

– locação dos furos de sondagem;

– determinação dos tipos de solo até à profundidade de interesse do projeto;

– determinação das condições de compacidade, consistência e capacidade de carga de cada tipo de solo;

– determinação da espessura das camadas e avaliação da orientação dos planos que as separam;

– informação do nível do lençol freático.

Estes dados, obtidos através de sondagem, retratam as características e propriedades do subsolo e, depois de avaliados e minuciosamente estudadas, servem de base técnica para a escolha do tipo de fundação da edificação que melhor se adapte ao terreno.

A figura 2.1 ilustra o posicionamento dos furos de sondagem no terreno; enquanto a figura 2.2 ilustra um perfil de solo com as informações anteriormente destacadas.

Figura 2.1 - Posicionamento dos furos de sondagem no terreno

3. TIPOS DE FUNDAÇÕES

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.

Fundações diretas são aquelas que transferem as cargas para camadas de solo capazes de suportálas (FABIANI, s.d.), sem deformar-se exageradamente. Esta transmissão é feita através da base do elemento estrutural da fundação, considerando apenas o apoio da peça sobre a camada do solo, sendo desprezada qualquer outra forma de transferência das cargas (BRITO, 1987). As fundações diretas podem ser subdivididas em rasas e profundas.

A fundação rasa se caracteriza quando a camada de suporte está próxima à superfície do solo (profundidade até 2,0 m) (FABIANI, s.d.), ou quando a cota de apoio é inferior à largura do elemento da fundação (BRITO, 1987). Por outro lado, a fundação é considerada profunda se suas dimensões ultrapassam todos os limites acima mencionados.

Figura 2.2 – Perfil do terreno, a partir da avaliação por sondagem à percussão.

Fundações indiretas são aquelas que transferem as cargas por efeito de atrito lateral do elemento com o solo e por efeito de ponta (FABIANI, s.d.).

As fundações indiretas são sempre profundas, em função da forma de transmissão de carga para o solo (atrito lateral) que exige grandes dimensões dos elementos de fundação.

A Tabela 3.1 apresenta uma classificação com os vários tipos de fundação.

Fundações diretas rasas blocos e alicerces sapatas corrida isolada associada alavancada radiers

Fundações diretas profundas tubulões céu aberto ar comprimido

Fundações indiretas brocas estacas de madeira estacas de aço estacas de concreto pré-moldadas estacas de concreto moldadas in loco Strauss

Franki Raiz Barrete/Estacão

Tabela 3.1: Tipos de fundação

3.1 Blocos e Alicerces

Este tipo de fundação é utilizado quando há atuação de pequenas cargas, como, por exemplo, um sobrado. Os blocos são elementos estruturais de grande rigidez, ligados por vigas denominadas “baldrames”. Suportam predominantemente esforços de compressão simples provenientes das cargas dos pilares. Os eventuais esforços de tração são absorvidos pelo próprio material do bloco. Podem ser de concreto simples (não armado), alvenarias de tijolos comuns (Figura 3.1) ou mesmo de pedra de mão (argamassada ou não). Geralmente, usa-se blocos quando a profundidade da camada resistente do solo está entre 0,5 e 1,0 m de profundidade (BRITO,1987).

Figura 3.1: Bloco em alvenaria de tijolos

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 3.2).

Figura 3.2: Tipos de alicerce O processo de execução de um alicerce consiste em:

1. escavação: executar a abertura da vala; 2. promover a compactação da camada do solo resistente, apiloando o fundo; 3. colocação de um lastro de concreto magro (90 kgf/cm2) de 5 a 10 cm de espessura; 4. execução do embasamento, que pode ser de concreto, alvenaria ou pedra;

5. construir uma cinta de amarração que tem a finalidade de absorver esforços não previstos, suportar pequenos recalques, distribuir o carregamento e combater esforços horizontais. A cinta de amarração pode ser de concreto armado, mas muitas vezes, utiliza-se a própria alvenaria como fôrma lateral;

6. camada impermeabilizante: sua função é evitar a subida da umidade por capilaridade para a alvenaria de elevação; sua execução deve evitar descontinuidades que poderão comprometer seu funcionamento. São diversos os sistemas de impermeabilização empregados, sendo hoje muito comum o emprego de argamassas poliméricas ou mesmo emulsões asfáticas ou acrílicas. A impermeabilização deverá se estender pelo menos 10 cm para baixo do topo da alvenaria de embasamento.

Deve-se, ainda, observar com cuidado:

– se há ocorrência de formigueiros e raízes de árvore no momento da escavação da vala;

– compatibilização da carga da parede x largura do alicerce, observando: eventual distinção da largura dos alicerces para as diferentes paredes, e o uso adicional de brocas em pontos isolados, como reforço de fundação;

– se o terreno está em declive, deve-se fazer o alicerce em escada (Figura 3.3).

. Figura 3.3: Execução do alicerce em declive

CONTROLE DE EXECUÇÃO – locação do centro dos blocos e das linhas das paredes;

– cota do fundo da vala;

– limpeza da vala.

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 (BRITO, 1987).

3.2.1 Sapatas isoladas

São aquelas que transmitem para o solo, através de sua base, a carga de uma coluna (pilar) ou um conjunto de colunas (BRITO, 1987). A Figura 3.4 apresenta alguns tipos de sapatas isoladas.

Para construção de uma sapata isolada, são executadas as seguintes etapas:

1. fôrma para o rodapé, com folga de 5 cm para execução do concreto “magro”;

2. posicionamento das fôrmas, de acordo com a marcação executada no gabarito de locação; 3. preparo da superfície de apoio; 4. colocação da armadura; 5. posicionamento do pilar em relação à caixa com as armações;

6. colocação das guias de arame, para acompanhamento da declividade das superfícies do concreto;

7. 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.

Obs.: a etapa 3 compreende a limpeza do fundo da vala de materiais soltos, lama, o apiloamento com soquete ou sapo mecânico e a execução do concreto “magro”, que é um lastro de concreto com pouco cimento, com função de regularizar a superfície de apoio e não permitir a saída da água do concreto da sapata, além de isolar a armadura do solo. A vala deve ser executada com pelo menos 10 cm de folga a mais da largura da sapata para permitir o trabalho dos operários dentro dela.

3.2.2 Sapatas corridas

São elementos contínuos que acompanham a linha das paredes, as quais lhes transmitem a carga por metro linear (BRITO,1987). Para edificações cujas cargas não sejam muito grandes, como residências, pode-se utilizar alvenaria de tijolos (neste caso, confunde-se com o alicerce,

Figura 3.4: Sapatas isoladas anteriormente abordado). Caso contrário, ou ainda para profundidades maiores do que 1,0 m, torna-se mais adequado e econômico o uso do concreto armado (Figura 3.5).

Figura 3.5: Sapata corrida

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 (Figura 3.6), e tem a função de permitir que a sapata trabalhe com tensão constante (BRITO,1987).

3.2.4 Sapatas alavancadas

No caso de sapatas de pilares de divisa ou próximos a obstáculos onde não seja possível fazer com que o centro de gravidade da sapata coincida com o centro de carga do pilar, cria-se uma

Figura 3.6: Sapatas associadas viga alavanca ligada entre duas sapatas (Figura 3.7), de modo que um pilar absorva o momento resultante da excentricidade da posição do outro pilar (BRITO,1987).

Figura 3.7: Sapatas alavancadas CONTROLE DE EXECUÇÃO

– locação do centro da sapata e do eixo do pilar;

– cota do fundo da vala;

– limpeza do fundo da vala;

– nivelamento do fundo da vala;

– dimensões da forma da sapata;

– armadura da sapata e do arranque do pilar;

3.3 Radiers

A utilização de sapatas corridas é adequada economicamente enquanto sua área em relação à da edificação não ultrapasse 50%. Caso contrário, é mais vantajoso reunir todas as sapatas num só elemento de fundação denominado radier (Figura 3.8). Este é executado em concreto armado, uma vez que, além de esforços de compressão, devem resistir a momentos provenientes dos pilares diferencialmente carregados, e ocasionalmente a pressões do lençol freático (necessidade de armadura negativa). O fato do radier ser uma peça inteiriça pode lhe conferir uma alta rigidez, o que muitas vezes evita grandes recalques diferenciais (BRITO,1987). Uma outra vantagem é que a sua execução cria uma plataforma de trabalho para os serviços posteriores; porém, em contrapartida, impõe a execução precoce de todos os serviços enterrados na área do radier (instalações sanitárias, etc.).

Figura 3.8: Radier CONTROLE DE EXECUÇÃO

– locação dos eixos dos pilares;

– cota do fundo da escavação;

– nivelamento do fundo da escavação;

– colocação dos componentes das instalações e passagens, enterrados.

3.4 Tubulões

Tubulões são elementos estruturais da fundação que transmitem a carga ao solo resistente por compressão, através da escavação de um fuste cilíndrico e uma base alargada tronco-cônica a uma profundidade igual ou maior do que três vezes o seu diâmetro (BRITO,1987).

De acordo com o método de sua escavação, os tubulões se classificam em:

3.4.1 Tubulões a céu aberto

Consiste em um poço aberto manualmente ou mecanicamente em solos coesivos, de modo que não haja desmoronamento durante a escavação, e acima do nível d’água (Figura 3.9). Quando há tendência de desmoronamento, reveste-se o furo com alvenaria de tijolo, tubo de concreto ou tubo de aço. O fuste é escavado até a cota desejada, a base é alargada e posteriormente enche-se de concreto (BRITO,1987).

Figura 3.9: Tubulão a céu aberto O processo de execução da fundação deve seguir as seguintes etapas:

1. A partir do gabarito, faz-se a marcação do eixo da peça utilizando um piquete de madeira.

Depois, com um arame e um prego, marca-se no terreno a circunferência que delimita o tubulão, cujo diâmetro mínimo é de 70cm.

2. Inicia-se a escavação do poço até a cota especificada em projeto. No caso de escavação manual usa-se vanga, balde e um sarrilho para a retirada de terra. Nas obras com perfuração mecânica o aparelho rotativo acoplado a um caminhão retira a terra.

Na fase de escavação pode ocorrer a presença de água. Nestas casos, a execução da perfuração manual se fará com um bombeamento simultâneo da água acumulada no poço.

Poderá ocorrer, ainda, que alguma camada do solo não resista à perfuração e desmorone (no caso de solos arenosos). Então, será necessário o encamisamento da peça ao longo dessas camadas. Isto poderá ser feito através de tubos de concreto com o diâmetro interno igual ao diâmetro do fuste do tubulão.

3. Faz-se o alargamento da base de acordo com as dimensões do projeto.

4. Verificação das dimensões do poço, como: profundidade, alargamento da base, e ainda o tipo de solo na base. Certifica-se, também, se os poços estão limpos.

5. Colocação da armadura.

6. A concretagem é feita lançando-se o concreto da superfície (diretamente do caminhão betoneira, em caso de utilização do concreto usinado) através de um funil (tremonha), com o comprimento da ordem de 5 vezes seu diâmetro, de modo a evitar que o concreto bata nas paredes do tubulão e se misture com a terra, prejudicando a concretagem (ALONSO,1979).

O concreto se espalhará pela base pelo próprio impacto de sua descarga, porém, durante a concretagem, é conveniente sua interrupção de vez em quando e descer para espalhá-lo, de modo a evitar que fiquem vazios na massa de concreto.

3.4.2 Tubulões com ar comprimido

Este tipo de fundação é utilizado quando existe água, exige-se grandes profundidades e existe o perigo de desmoronamento das paredes. Neste caso, a injeção de ar comprimido nos tubulões impede a entrada de água, pois a pressão interna é maior que a pressão da água, sendo a pressão empregada no máximo de 3 atm, limitando a profundidade em 30m abaixo do nível d’água (Figura 3.10).

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