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ANDRESSA SIQUEIRA DE SOUZA
ANÁLISE COMPARATIVA DE CUSTOS DE TIPOS DE FUNDAÇÕES
(TUBULÃO E SAPATA) - ESTUDO DE CASO
Artigo apresentado ao curso de
graduação em Engenharia Civil da
Universidade Católica de Brasília, como
requisito parcial para a obtenção de Título de
Bacharel em Engenharia Civil.
Orientador: D. Sc. Rideci de Jesus da
Costa Farias
Brasília
2013
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Artigo de autoria de Andressa Siqueira de Souza, intitulado “ANÁLISE
COMPARATIVA DE CUSTOS DE TIPOS DE FUNDAÇÕES (TUBULÃO E SAPATA) -
ESTUDO DE CASO”, apresentado como requisito parcial para obtenção do grau de
Bacharel em Engenharia Civil da Universidade Católica de Brasília, em (Data de
aprovação), defendido e aprovado pela banca examinadora abaixo assinada:
__________________________________________________
Prof. D. Sc. Rideci de Jesus da Costa Farias
Orientador
Curso de Engenharia Civil – UCB
__________________________________________________
Prof. M. Sc. Haroldo Da Silva Paranhos
Examinador
Curso de Engenharia Civil – UCB
Brasília
2013
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DEDICATÓRIA
Dedico esse trabalho primeiramente a
Deus, e a minha família, pois sem eles não
poderia estar completando mais essa etapa.
4
AGRADECIMENTOS
Agradeço aos meus pais que me proporcionaram essa oportunidade de estudo. Ao
meu professor orientador D. Sc. Rideci de Jesus da Costa Farias por toda paciência e
disponibilidade para me orientar.
5
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO....................................................................................................................6
1.1. APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA..........................................................................6
1.2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA......................................................................................9
1.3. ESTUDO DO TERRENO...........................................................................................12
1.4. ESCOLHA DO TIPO DE FUNDAÇÃO....................................................................14
2. MATERIAIS E MÉTODOS...............................................................................................15
2.1. TENSÃO ADMISSÍVEL DO SOLO..........................................................................15
2.2. DIMENSIONAMENTO DO TUBULÃO...................................................................16
2.3. LEVANTAMENTO DOS MATERIAIS DO TUBULÃO.........................................20
2.4. DIMENSIONAMENTO DOS BLOCOS DE COROAMENTO...............................22
2.5. LEVANTAMENTO DOS MATERIAIS DOS BLOCOS DOS TUBULÕES............27
2.6. LEVANTAMENTO DOS MATERIAIS DAS SAPATAS........................................29
3. ANÁLISES DOS RESULTADOS.....................................................................................30
4. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA ESTUDOS FUTUROS.....................................32
5. REFERÊNCIAS..................................................................................................................34
APÊNDICE A – PROJETO DE TUBULÃO....................................................................35
APÊNDICE B – LEVANTAMENTO DE AÇO...............................................................37
ANEXO A – LAUDO DE SPT (RESUMO) ....................................................................39
ANEXO B – PROJETO DE SAPATAS............................................................................41
ANEXO C – SOLICITAÇÃO DE CARGAS DA EDIFICAÇÃO.................................43
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ANÁLISE COMPARATIVA DE CUSTOS DE TIPOS DE FUNDAÇÕES (TUBULÃO E
SAPATA) - ESTUDO DE CASO
ANDRESSA SIQUEIRA DE SOUZA
RESUMO
O presente artigo analisa se o uso de outro tipo de fundação seria mais viável
economicamente do que o executado na edificação. A edificação do estudo de caso optou
pelo uso de sapatas como fundação, e o estudo de caso compara a viabilidade do uso de
tubulão como fundação quanto ao custo do gasto de concreto e aço necessários. Existem
diversos fatores que influenciam na escolha de uma fundação, como a geologia do terreno,
as cargas da edificação, as construções vizinhas do lote e nível do lençol freático, entre
outros. Porém há situações que podem utilizar diversas opções de fundação onde a escolha é
simplesmente definida pelo custo, como acontece nesse estudo de caso, e tempo de
execução.
Palavras-chave: Comparação de fundações. Sapata. Tubulão.
1. INTRODUÇÃO
1.1 APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA
O estudo de caso em questão é sobre uma edificação residencial e comercial
localizada na Rua Manacá lote 09 – Águas Claras – DF, conforme a Figura 01. A parte
comercial possui 13 lojas, com mezanino e depósito no subsolo. E a parte residencial possui
um pavimento Pilotis com piscina e churrasqueira, mais 15 pavimentos, com oito
apartamentos cada, totalizando em 120 apartamentos, mais um pavimento de cobertura e um
pavimento subsolo com 67 vagas de garagens.
A obra em questão teve início no segundo semestre do ano de 2010 com término no
ano de 2012. A execução das fundações coincidiu com o período chuvoso. A Figura 1
mostra a localização e a Figura 2 apresenta uma vista do edifício finalizado.
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Figura 1- Localização
Figura 2 – Edificação do Estudo de caso.
Entre os vários tipos de fundações existentes, para a edificação em estudo tinha-se a
opção em sapata ou tubulão em função das características geotécnicas da área combinadas
com as características de estrutura e cargas da edificação. Entretanto, pelas dificuldades de
mão de obra para a abertura de bases dos tubulões, optou-se pela fundação superficial do
tipo sapata. As Figuras 2 a 9 mostram a montagem das formas, a armação da sapata, a
concretagem, as sapatas concretadas e a respectiva desforma.
Figura 3 – Montagem das formas.
Figura 4 – Montagem das Formas.
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Figura 5 – Montagem das formas e armação da
ferragem.
Figura 6 – Ferragem de arranque do pilar.
Figura 7 – Montagem das formas e concretagem
da sapata.
Figura 8 – Montagem das formas e concretagem
da sapata.
Figura 9 – Desforma da sapata.
Figura 10 – Sapata executada.
Dentre os dois tipos principais de fundações para a obra em questão, optou-se pelo
uso de sapatas. Dessa forma, entre os objetivos deste artigo está em comparar os custos de
materiais entre a opção escolhida, sapata como fundação rasa, e a opção proposta do estudo,
tubulão como fundação profunda.
Para a comparação desses custos há a necessidade de se dimensionar a fundação em
tubulões que substituiriam as sapatas, e dos levantamentos quantitativos dos dois tipos de
fundações escolhidos.
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1.2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
A fundação é um dos elementos essenciais para todas as construções, pois a
fundação é o elemento estrutural que transmite carga da edificação para o terreno. “Chama-
se fundação a parte de uma estrutura que transmite ao terreno subjacente a carga da obra”,
segundo Caputo (1988, p.169).
As fundações podem ser divididas em dois grandes grupos: fundações superficiais ou
rasas e fundações profundas. Como mostra a Figura 10.
Figura 11 – Tipos de fundações existentes.
A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) NBR 6122/2010 define como
fundação superficial:
Elemento de fundação em que a carga é transmitida ao terreno pelas tensões distribuídas sob a base da fundação, e a profundidade de assentamento em relação ao
terreno adjacente á fundação é inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação.
E como fundação profunda:
Elemento de fundação que transmite a carga ao terreno pela base (resistência de ponta) ou por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das
duas, devendo sua ponta ou base estar assente em profundidade superior ao dobro de
sua menor dimensão em planta, e no mínimo 3m. Neste tipo de fundação incluem-se
as estacas e os tubulões.
Toda obra começa a ser executada pela fundação, mas o projeto de fundação não é o
primeiro a ser elaborado. Para que a solução do tipo de fundação comece a ser estudado é
1.1.1. Isolada
1.1.2. Associada
1.1.3. Corrida
1.1.4. Sapata de divisa (Sapata excêntrica) / Sapata alavancada
1.2. Bloco
1.3.1. Simples
1.3.2. Armado
1.3.3. Protendido
2.1.1. Pré-moldada ou pré-fabricada de concreto
2.1.2. Concreto moldada "in loco"
2.1.2.1. Estaca de reação (mega ou prensada)
2.1.2.2. Raiz
2.1.2.3. Escavada com injeção ou microestaca
2.1.2.4. Escavada mecanicamente
2.1.2.5. Strauss
2.1.2.6. Escavada com fluido estabilizante
2.1.2.7. Estaca Franki
2.1.2.8. Hélice contínua monitorada
2.1.2.9. Hélice de deslocamento monitorada
2.1.2.10. Trado vazado segmentado
2.1.3. Estaca mista (madeira, aço, concreto pré-moldado etc.)
2.1.4. Metálica ou de aço
2.1.5. Madeira
2.2.1. A céu aberto
2.2.2. A ar comprimido
1.1. Sapata
Radier1.3.
Tubulão2.2.
Principais Tipos de Fundações
Profunda2.0
Estaca2.1.
Superficial (Rasa ou Direta)1.0.
10
necessário que alguns projetos estejam concluídos, como os projetos de arquitetura e a
planta de cargas oriunda do projeto estrutural.
Os estudos incluem a topografia, dados sobre taludes e encostas do terreno, dados
sobre erosões, investigação do subsolo, tipo e uso que terá a nova obra, as cargas
provenientes da estrutura, construções vizinhas e possíveis conseqüências de escavações e
vibrações provocadas pela nova obra (HACHICH,1998).
Já para Caputo (1988, p.169) o estudo compreende em duas partes:
a) Cálculo das cargas atuantes sobre a fundação;
b) estudo do terreno.
Com esses dados, passa-se a escolha do tipo de fundação, tendo-se presente que:
i) as cargas da estrutura devem ser transmitidas às camadas do terreno capazes de
suportá-las sem ruptura;
ii) as deformações das camadas de solo subjacentes às fundações devem ser
compatíveis com as da estrutura; iii) a execução das fundações não devem causar danos às estruturas vizinhas;
iv) ao lado do aspecto técnico, a escolha do tipo de fundação deve atentar também
para o aspecto econômico.
Caputo (1988, p.182) mostra na Tabela 1, segundo Goodman e Karol, algumas
sugestões sobre a escolha do tipo de fundação.
Tabela 1 – Escolha do tipo de fundação.
Para a ABNT NBR 6122/2010, tubulão é o “Elemento de fundação profunda,
escavado no terreno em que, pelo menos em sua etapa final, há decida de pessoas, que se faz
necessária para executar o alargamento da base ou pelo menos a limpeza do fundo da
Condições do subsolo Possibilidade de fundação
Estruturas leves, Flexíveis Estruturas pesadas, Rígidas
Camada resistente à
pequena profundidade Sapatas ou Blocos
1) Sapatas ou Blocos
2) "Radier" raso
Camada compressível
de grande espessura
1) Sapatas em solo não coesivo
previamente compactado
2) "Radier" raso
3) Estaca flutuantes
1) Radier profundo com eventual
estrutura de enrijecimento
2) Estacas de grande comprimento
3)Estacas flutuantes
Camadas fracas
sobrejacentes a uma
camada resistente
1) Estaca de ponta
2) Sapatas em solo não coesivo
previamente compactado ou em solo
pré-carregado
3) "Radier" raso
1) Estaca de ponta ou tubulões
2)"Radier" profundo
Camada resistente
sobrejacente à camada
fraca
1) Sapatas ou Blocos
2) "Radier" raso
1) "Radier" Profundo (Fundação
flutuante)
2) Estacas de grande comprimento ou
tubulões, atravessando a camada fraca
Camadas fracas e
resistentes alternadas
1) Sapatas ou Blocos
2) "Radier" raso
1) "Radier" profundo
2) Estacas ou tubuções com apoio numa
camada resistente
Fonte: Mecânica dos solos e suas aplicações. 6. ed. - 1988
11
escavação, uma vez que neste tipo de fundação as cargas são transmitidas
preponderantemente pela ponta”.
Hachich (1998) e Caputo (1988) complementam essa definição dizendo que sapata é
um elemento de fundação de concreto armado, que utiliza essa armadura para resistir aos
esforços de tração, são semi-flexíveis e tem altura pequena em relação as dimensões da
base. Podem ter forma quadrada, retangular, circular ou octogonal.
“Os tubulões a céu aberto são executados com a abertura (manual ou mecânica) de
um poço até que seja atingido um solo de boa qualidade. Após a abertura do poço executa-
se o alargamento da base objetivando-se a distribuição das cargas de maneiras uniforme no
terreno de apoio.” (JOPPERT JUNIOR, 2007). Caputo (1988, p.322) também diz que “O
tipo mais elementar de tubulão é aquele que resulta de um simples poço perfurado
manualmente e a céu aberto. A técnica de execução dispensa explicações. O seu emprego é
limitado a solos coesivos e acima do nível d’água.”
“Podem ter duas possibilidades de fundação superficial, sendo que aquela
implantada a maior profundidade tem menor volume de concreto armado (devido a uma
maior tensão de trabalho), mas maior volume de terra a movimentar e, caso ultrapasse o
nível d’água, há necessidade de rebaixamento do lençol d’água. A alternativa em estacas,
por outro lado, pode apresentar menor custo global se considerarmos o menor volume dos
blocos de coroamento e o movimento de terra. Assim, é valido se estudar mais de uma
alternativa e comparar custos e prazos.” (HACHICH, 1998, p.214).
Para a escolha do tipo de fundação é necessário o estudo do solo, como já citado, e a
ABNT NBR 6122/2010 confirma com: “A grandeza fundamental para o projeto de
fundações diretas é a determinação da tensão admissível se o projeto for feito considerando
coeficiente de segurança global ou determinação da tensão resistente de projeto quando se
consideram fatores parciais. Estas tensões devem obedecer simultaneamente aos estados-
limites últimos (ELU) e de serviço (ELS), para cada elemento de fundação isolado e para o
conjunto”. E “Para tubulões, a grandeza fundamental é a tensão admissível ou tensão
resistente de projeto”.
Rebello (2011) recomenda algumas dicas que podem orientar a escolha da solução
de fundação mais adequada, como ter em mãos as cargas a serem transmitidas ao solo e a
sondagem, e escolher o tipo de fundação, se direta ou profunda, lembrando que a escolha é
12
feita com as informações obtidas no ensaio de sondagem, geralmente SPT (número de
golpes N) e pela profundidade.
Segundo a ABNT NBR 6122/2010:
Para investigação geológica e geotécnica, devem ser considerados os seguintes
aspectos na elaboração dos projetos e previsão do desempenho das fundações:
a) visita ao local;
b) feições topográficas e eventuais indícios de instabilidades de taludes;
c) indícios da presença de aterro (bota-fora) na área;
d) indícios de contaminação do subsolo por material contaminante lançado no local
ou decorrente do tipo de ocupação anterior; e) prática local de projeto e execução de fundações;
f) estado das construções vizinhas;
g) peculiaridades geológico-geotécnicas na área, tais como: presença de matacões,
afloramento rochoso nas imediações, áreas brejosas, minas d’água etc.
Para qualquer edificação deve ser feita um campanha de investigação geotécnica
preliminar, constituída no mínimo por sondagens a percussão (com SPT), visando à
determinação da estratigrafia e classificação do solo, a posição do nível d’água e a
medida do índice de resistência à penetração Nspt, de acordo com a ABNT 6484. Na
classificação dos solos deve ser empregada a ABNT NBR 6502.
1.3 ESTUDO DO TERRENO
Para o reconhecimento do tipo de solo normalmente é feita a sondagem à percussão
SPT. Pinto (2006, p.47) diz que “Ainda que o exame da amostra possa fornecer uma
indicação da consistência ou compacidade do solo, geralmente a informação referente ao
estado do solo é considerada com base na resistência que ele oferece à penetração do
amostrador.” A ABNT NBR 6122/2010 afirma que há métodos semi-empíricos que
“Relacionam resultados de ensaios (tais como o SPT, CPT etc.) com tensões admissíveis ou
tensões resistentes de projeto. Devem ser observados os domínios de validade de suas
aplicações, bem como as dispersões dos dados e as limitações regionais associadas a cada
um dos métodos.” E que “Essas tensões devem também atender ao estado-limite de serviço.
A tensão admissível ou tensão resistente de projeto neste caso é o valor máximo da tensão
aplicada ao terreno que atenda às limitações de recalque ou deformação da estrutura.”
De acordo com Hachich (1998) a sondagem à percussão é um procedimento
geotécnico de campo, capaz de amostrar o subsolo, quando associada ao ensaio de
penetração dinâmica (SPT), mede a resistência do solo ao longo da profundidade perfurada.
Buscando conhecer o tipo de solo atravessado através de uma amostra deformada a cada
metro perfurado, a resistência (N) oferecida pelo solo à cravação do amostrador padrão, a
cada metro perfurado e a posição do nível d’água quando encontrado durante a perfuração.
E segundo Velloso (2011) as sondagens à percussão são perfurações capazes de ultrapassar
o nível d’água e atravessar os solos relativamente compactos ou duros, mas não ultrapassam
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matacões e blocos de rocha e tem dificuldade de atravessar saprólitos (solos residuais
jovens) muito compactos. A perfuração avança na medida em que o solo, desagregado com
auxilio do trépano, é removido por circulação de água (lavagem). A sondagem é suspensa
quando encontra grande dificuldade de perfuração.
“Para a execução de sondagens, determina-se, em planta, na área a ser investigada a
posição dos pontos a serem sondados. No caso de edificações, procura-se dispor as
sondagens em posições próximas aos limites de projeção das mesmas e nos pontos de maior
concentração de carga. Procuram-se, salvo em casos específicos, a distância entre pontos
variando de 15 a 30 metros.” (HACHICH, 1998, p.121)
“O ensaio de penetração dinâmica (SPT), normalizado pela norma NBR 6484, é
realizado a cada metro na sondagem à percussão (e também na mista, nas camadas de solo).
O ensaio consiste na cravação de um amostrador normalizado, chamado originalmente de
Raymond-Terzaghi, por meio de golpes necessários para cravar os 45 cm do amostrador em
3 conjuntos de golpes para cada 15 cm. O resultado do ensaio SPT é o numero de golpes
necessários para cravar os 30 cm finais (desprezando-se portanto os primeiros 15 cm,
embora os números de golpes para essa penetração também sejam fornecidos” (VELLOSO,
2011, p.37)
A Figura 11 esquematiza a perfuração da sondagem tipo SPT.
Figura 12 – Esquema da sondagem SPT.
Roldana
Tripé
Peso de 65 kg
Corda ou cabo de aço
Sarilho
Operação Manual
ou Mecânica
Ressalto
Haste
Furo de 2 1/2"
Barrilete
Alt
ura
de
qu
eda
= 75
cm
14
Pinto (2006) explica que a resistência à penetração do amostrador é referida com o
número N do SPT (Standard Penetration Test) ou, simplesmente, como SPT do solo.
1.4 ESCOLHA DO TIPO DE FUNDAÇÃO
Os requisitos básicos a que um projeto de fundação deverá atender, para Hachich
(1998), são as deformações aceitáveis sob as condições de trabalho, segurança adequada ao
colapso do solo de fundação e segurança adequada aos elementos estruturais. Para Caputo
(1988) toda fundação tem que assegurar a permanente estabilidade da obra que suporta e,
durante sua execução, manter a integridade das obras vizinhas, e por isso na fase da escolha
do tipo de fundação (superficial ou profunda) e do seu dimensionamento, também é
importante além da natureza do terreno e das cargas transmitidas pela estrutura, um
coeficiente de segurança adequado, a fim de que não ocorra a ruptura do terreno (com o
colapso da obra) e nem deformações e recalques excessivos (incompatíveis com a
concepção estrutural).”
Segundo Hachich (1998) para que esses requisitos sejam atendidos é necessária a
verificação de um estado limite de utilização e os estados-limites últimos que trata a norma
NBR 8681/84. E em função desses requisitos, algumas características da obra podem impor
certo tipo de fundação. Este é o caso, por exemplo, de uma obra cujo subsolo é constituído
por argila mole até uma profundidade considerável, em que uma fundação profunda se
impõe. Outras obras podem permitir a variedade de soluções. Nesse caso é interessante
proceder-se ao estudo de alternativas e fazer a escolha com base em menor custo e menos
prazo de execução.
“Os métodos mais utilizados para previsão da carga limite última de tubulões são
baseados em propriedades dos solos obtidas em ensaios de laboratório.” (HACHICH, 1998,
p.304)
“A obra pode apresentar condicionantes especiais que influenciarão desde o início à
concepção do projeto, um exemplo pode ser edifícios com pilares da divisa. Onde torna
necessário um tratamento especial dos pilares junto às divisas uma vez que ali o elemento de
fundação poderá não ter seu centro de gravidade coincidente do pilar. Nestes pilares há que
se preverem vigas de equilíbrio que os ligarão a pilares internos próximos. A fundação
associada que resulta tem carregamento centrado em relação aos elementos de fundação.”
(HACHICH, 998, p.216).
15
De acordo com Joppert Junior (2007) o tubulão é uma solução atrativa no que se
refere ao aspecto econômico, pois mesmo com a necessidade de mão de obra especializada,
composta por poceiros ou perfuratriz rotativa, é uma mão de obra de escavação de baixo
custo, além de ser preenchido por concreto simples (sem formas e sem armação, apenas a
ferragem de espera) com baixo custo de cimento. Tecnicamente a adoção de tubulões é uma
boa escolha de fundações, pois ela possibilita a verificação “in loco” do solo de apoio e das
dimensões finais de escavação do fuste e da base.
Hachich (1998, p.303) também cita uma série de vantagens do uso de tubulão
quando comparados a outros tipos de fundação:
Os custos de mobilização e de desmobilização são menores que os de bate estacas e outros equipamentos, aspecto muito importante para pequenas obras, nas quais este
item representa uma parcela significativa dos custos totais;
O processo construtivo produz vibrações e ruídos de muito baixa intensidade, o que
é muito importante para obras urbanas próximas a edifícios;
Os engenheiros de fundação podem observar e classificar o solo retirado durante a
escavação e compará-lo ás condições de subsolo previstas no projeto;
O diâmetro e o comprimento dos tubulões podem ser modificados durante a
escavação para compensar condições de subsolo diferentes das previstas;
As escavações podem atravessar solos com pedras e matacões, especialmente para
grandes diâmetros, sendo possível até penetrar vários tipos de rochas;
Regra geral é possível apoiar cada pilar em fuste único, em lugar de diversas estacas,
eliminando a necessidade de bloco de coroamento.
“Para efeito prático, considera-se técnica e economicamente adequado o uso de
fundação direta quando do numero de SPT for maior ou igual a 8 e a profundidade máxima
não ultrapassar 2 metros. O primeiro limite indica a resistência mínima necessária para o
uso de fundação direta, o limite de profundidade indica a resistência mínima necessária para
o uso de fundação, acima do qual o uso da fundação direta torna-se antieconômico.”
(REBELLO, 2011, p.41)
2. MATERIAIS E MÉTODOS
2.1 TENSÃO ADMISSÍVEL DO SOLO
Para a comparação dos materiais dos dois tipos de fundação, primeiramente parte-se
para o projeto de tubulão. E para início desse projeto precisa do laudo de sondagem à
percussão SPT (Anexo A). Para simplificações dos cálculos obteve-se uma média de SPT, a
uma profundidade de 5m da superfície, para o cálculo da resistência do solo em todo o
terreno, conforme mostra a Tabela 2.
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Tabela 2 – Resultado do SPT das Sondagens na profundidade de 5,0 metros.
REBELLO (2011) diz que existem diversas maneiras de se relacionar os números do
SPT, obtidos na sondagem à percussão, com a resistência do solo. Uma delas é usando a
fórmula empírica a seguir:
(kgf/cm²) Eq. 1
Onde: é a tensão admissível à compressão do solo, também denominada “taxa
do solo”; e, N é o número de golpes para cravar os últimos 30 cm, ou SPT.
“Outra forma bastante utilizada é dividir o valor do SPT por 3; 4 ou 5,dependendo se
o solo for areia, silte ou argila, respectivamente, e assim tem-se a resistência do solo em
kgf/cm2.” (REBELLO, 2011, p.33)
De acordo com, Joppert Júnior (2007), a correlação que existe entre o número de
SPT e a tensão admissível no solo ( ) pode ser a divisão do por três, para
tubulões longos, ou quatro, para tubulões curtos, o resultado é dado em kgf/cm². Onde
é média aritmética dos SPTs na região localizada entre a cota de apoio do tubulão
e o término do bulbo de pressão.
Seguindo o método empírico de Rebello e para maior segurança divide-se o SPT
médio dos 10 furos por 5, resultando em uma tensão admissível do solo de
aproximadamente de 6,0 kgf/cm². Com a tensão admissível do solo prossegue-se com o
dimensionamento do tubulão.
2.2 DIMENSIONAMENTO DO TUBULÃO
Segundo Hachich (1998) e Joppert Júnior (2007), devido às grandes dimensões da
base em relação ao fuste, os tubulões trabalham por ponta, ou seja, toda a carga vertical
Nº do furo N SPT
SPT 01 33
SPT 02 34
SPT 03 30
SPT 04 30
SPT 05 37
SPT 06 31
SPT 07 31
SPT 08 36
SPT 09 33
SPT 10 30
Média 32,5
Fonte: Próprio Autor
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proveniente da estrutura é distribuída uniformemente na base desprezando, na capacidade de
carga, o atrito lateral resistente entre o fuste e o terreno. No cálculo também é desprezado o
peso próprio do concreto de enchimento do tubulão, visto que este valor é desprezível diante
das incertezas dos métodos utilizados para fixar a tensão admissível do solo.
“A resistência última da base é determinada pelo produto da tensão última da base
pela área de apoio do tubulão.” (HACHICH, 1998, p. 305)
Assim, segundo Hachich (1998), conhecida a carga a atuante no tubulão (P) e a
tensão admissível do solo ( ), onde se apóia a base do tubulão, pode-se calcular a área da
base ( ) pela fórmula:
Eq. 2
E para determinação direta do diâmetro da base (D) quando a base for circular, para
Hachich (1998) e Joppert Júnior (2007), será calculado pela fórmula:
Eq. 3
Mas se a projeção da base for uma falsa elipse, escolhe-se b (ou x) e se obtém x (ou
b), pela fórmula:
Eq. 4
A ABNT NBR 6122/2010 (p.28) sugere que “Os tubulões devem ser dimensionados
de maneira que as bases não tenham alturas superiores a 1,8m. Para tubulões a ar
comprimido, as bases podem ter alturas de até 3,0m, desde as condições do maciço
permitam ou sejam tomadas medidas para garantir a estabilidade da base durante sua
abertura.”
De acordo com Joppert Júnior (2007), havendo base alargada, esta deve ter a forma
de tronco de cone (com base circular ou de falsa elipse), e contar com um rodapé para
garantir que na base o concreto possua uma espessura mínima de 20 cm, também
determinado pela ABNT NBR 6122/2010, conforme a Figura 12.
18
Figura 13 – Indicação da base de tubulões.
Conforme Joppert Júnior (2007) e Hachich (1998), a área do fuste é calculada
analogamente a um pilar cuja seção do aço seja nula. E as armaduras de fuste e de ligação
fuste-base, quando necessárias, devem ser projetadas e executadas de modo a assegurar
plena concretagem do tubulão. Além disso, como as fundações então enterradas e
geralmente são dotadas de viga de travamento, é comum desprezar os efeitos de 2ª ordem
devido à excentricidade da carga.
Para cálculo da área do fuste, Hachich (1998), recomenda a seguinte fórmula:
Eq. 5
Onde é a área do fuste, fck é a resistência aos 28 dias do concreto e P é a carga
atuante no tubulão. E e , segundo a NBR 6122/2010.
Essa fórmula é resultado da substituição da fórmula análoga a uma “tensão
admissível” do concreto do tubulão:
Eq. 6
Na fórmula de tensão:
Eq. 7
Assim a carga máxima a adotar no tubulão pode ser fixada em função do diâmetro
do fuste.
Hachich (1998) também recomenda, “O fuste, normalmente, é de seção circular,
adotando-se 70 cm como diâmetro mínimo (para permitir a entrada e saída de operários).
Esta dimensão deve também ser usada quando se perfura mecanicamente o fuste, pois é
prática entre nós sempre escavar a base manualmente com descida de operários.”
19
Quanto ao concreto, Joppert Júnior (2007) diz que normalmente se utiliza o concreto
de enchimento do tubulão com fck ≥13,5 MPa que resulta, após a aplicação dos coeficientes
de majoração de carga e minoração de resistência do concreto, tensão de trabalho do
concreto de . O ideal é a utilização de concreto auto-adensável ou com
slump de 9±2 cm para garantir o total preenchimento do tubulão sem vazios.
O valor de indicado na Figura 12 é adotado igual a 60º. Assim, Hachich (1998)
calcula a altura H da base, em caso de base circular, com a fórmula:
Eq. 8
Ou em caso de base em forma de falsa elipse
Eq. 9
Com a teoria e modelos matemáticos apresentados, o dimensionamento dos tubulões
para a edificação do estudo de caso está apresentado na Tabela 3, a seguir. E o projeto de
tubulão resultante desse dimensionamento está no Apêndice A.
Tabela 3 – Dimensionamento dos tubulões.
20
2.3 LEVANTAMENTO DOS MATERIAIS DO TUBULÃO
Segundo Hachich (1998) para calcular o volume da base (V), assimilando-se a um
tronco de cone com altura H – 20 cm utiliza-se a expressão:
Eq. 10
Onde é a área do fuste e é a área da base.
“No caso de bases em forma de falsa elipse essa fórmula não é valida, costumando-
se adotar 1,55 vezes o volume da base do diâmetro médio. [...] Além disso, quando as
características do solo indicar que o alargamento da base é problemático, deve-se prever o
uso de injeções, aplicações superficiais de cimento, ou mesmo escoramento, a fim de evitar
desmoronamento da base.” (HACHICH, 1998, p.400)
A quantidade de concreto que seria usado na fundação de tubulão está levantada na
Tabela 4 que segue:
21
Tabela 4 - Levantamento de Concreto dos Tubulões.
O resultado da soma dos volumes totais de cada tubulão é de 293,74 de m³ de
concreto com fck 20 MPa, e o sobreconsumo de 10% totaliza em 323,11 m³.
O levantamento de aço necessário para o tubulão está no Apêndice B, e o resumo de
aço segue na Tabela 5.
22
Tabela 5 – Resumo de Aço do Tubulão.
2.4 DIMENSIONAMENTO DOS BLOCOS DE COROAMENTO
As fundações profundas precisam de blocos de coroamento e para o
dimensionamento e cálculo de armações necessárias para esses blocos sobre fundações
Bastos (2013, p.) diz que:
No caso de pilares com dimensões próximas à dimensão da estaca, o bloco atua
como em um elemento de transferência de carga, necessário por razões construtivas,
para a locação correta dos pilares, chumbadores, correção de pequenas
excentricidades da estaca, uniformização da carga sobre a estaca, etc.
Pelo esquema de forças mostrados na Figura 13, Bastos (2013) indica a seguinte
expressão para cálculo simplificado da força de tração horizontal (T):
Eq. 11
Figura 14 – Bloco sobre uma estaca.
Para resistir à tração a área de aço, na forma de estribos horizontais, de acordo com
Bastos (2013), é:
Eq. 12
Onde é a tensão admissível do aço que para o aço CA 50 é de 2.900 kgf/cm².
23
“Geralmente adotam-se para os estribos verticais, nas duas direções do bloco, com
áreas iguais à armadura principal As (estribos horizontais)” (BASTOS, 2013, p.3)
Para Bastos (2013) o dimensionamento do bloco para edifícios, a dimensão A do
bloco pode ser tomada como:
Eq. 13
Ou 15 cm em vez de 10 cm.
No estudo de caso em questão, os blocos sobre um tubulão foram agrupados pelo
diâmetro do fuste, e para o dimensionamento foi considerado a maior carga atuante nos
tubulões que existe em cada grupo dos diâmetros do fuste.
Pode-se observar no projeto de fundação em tubulão (Apêndice A) que há 59
(cinqüenta e nove) blocos sobre fuste com diâmetro de 70 cm, cinco blocos sobre fuste de
75 cm, dois blocos sobre fuste de 80 cm, três blocos sobre fuste de 85 cm, dois sobre fuste
de 90 cm e três blocos sobre fuste de 95 cm. Esses seis tipos de blocos estão dimensionados,
conforme o modelo matemático de Bastos (2013), na Tabela 6, e armados conforme mostra
a Tabela 7.
Tabela 6 – Dimensionamento dos blocos sobre tubulão.
Tabela 7 – Armação dos blocos sobre tubulão.
24
Já para o cálculo de blocos sobre duas estacas, Bastos (2013) baseando-se no
Método das Bielas e no Método de Blévot, mostra-se na Figura 14 o bloco sobre duas
estacas com a biela de concreto comprimido e o esquema de forças atuantes.
Figura 15 – Esquema de forças no bloco sobre duas estacas.
Que gera o polígono de forças (Figura 15):
Figura 16 - Polígono de forças no bloco sobre duas estacas.
Com o polígono pode-se deduzir as seguintes expressões:
e
Eq. 14
Logo, a força de tração na armadura principal pode ser calculada por:
25
Eq. 15
E a força que atua no concreto por:
Eq. 16
Segundo Bastos (2013, p.6) “As bielas comprimidas de concreto não apresentam
risco de ruptura por punção, desde que:
”
Bastos (2013), segundo Machado (1979), mostra que:
Eq. 17
E considerando os ângulos limites para α tem-se:
Eq. 18
A altura h do bloco, conforme Bastos (2013) é:
Eq. 19
Onde: = lado de uma estaca de seção quadrada, com mesma área da estaca de
seção circular:
Bastos, também verifica as tensões nas bielas e diz que a seção ou área (Figura 16)
das bielas varia ao longo da altura do bloco e, por isso, são verificadas as seções junto ao
pilar e junto à estaca.
26
Figura 17 – Área da biela (Ab) de concreto comprimido.
No pilar:
Eq. 20
Na estaca:
Eq. 21
Onde: Ab = área da biela; Ap = área do pilar; Ae = área da estaca.
Bastos (2013) resume a equação básica de tensão e a equação de tensão de
compressão na biela em:
No pilar:
Eq. 22
Na estaca:
Eq. 23
Bastos (2013, p.7) afirma que “Para evitar o esmagamento do concreto, as tensões
atuantes devem ser menores que as tensões resistentes (máximas ou últimas). Blévot
considera:
Eq. 24
= 0,9 a 0,95 = coeficiente que leva em consideração a perda de resistência do
concreto ao longo do tempo devido às cargas permanentes (efeito Rüsch)."
Para verificação da armadura principal Bastos (2013, p.7):
27
Como Blévot verificou que, nos ensaios, a força medida na armadura principal foi
15 % superior à indicada pelo cálculo teórico, considera-se Rs acrescida de 15 %:
A armadura principal, disposta sobre a cabeça das estacas, é:
As áreas da armadura de pele e estribos verticais em cada face lateral podem ser
calculadas através da fórmula:
Eq. 25
Em que B é largura do bloco em centímetros (Figura 17), conforme Bastos (2013).
Essa largura do bloco deve ser maior ou igual à soma do diâmetro do fuste com 15 cm de
cada lado do fuste.
Figura 18 – Largura B do Bloco.
Bastos (2013) também recomenda que o espaçamento da armadura de pele seja o
menor valor entre um terço do diâmetro do fuste e 20 cm, e o espaçamento dos estribos
verticais seja o menor valor entre a metade do lado de um quadrado que corresponderia a
área do fuste e 15 cm. E diz que o comprimento do bloco pode ser estimado com o
somatório à distância entre os eixos do fuste mais o diâmetro do fuste mais 15 cm de cada
lado.
Há dois blocos sobre dois tubulões no estudo de caso, e o dimensionamento e cálculo
de armação seguem na Tabela 8.
28
Tabela 8 – Armação dos blocos sobre dois fustes de 80 cm.
2.5 LEVANTAMENTO DOS MATERIAIS DOS BLOCOS DOS TUBULÕES
O levantamento de concreto e aço de todos os blocos se resume na Tabela 9.
Tabela 9 - Levantamento de concreto e aço dos blocos.
Ø do fuste QuantidadeVolume de concreto
por bloco
Volume de Concreto
Total
Peso de aço
por bloco
Peso de aço
Total
(cm) (m³) (m³) (kg) (kg)
70 59 0,73 43,01 57,751 3407,321
75 5 0,86 4,29 74,657 373,285
80 2 1,00 2,00 85,886 171,773
85 3 1,16 3,47 105,384 316,151
90 2 1,33 2,66 126,362 252,723
95 3 1,52 4,56 140,553 421,658
Bloco 11 1 5,51 5,51 198,441 198,441
Bloco 14 1 6,01 6,01 186,328 186,328
71,51 TOTAL 5327,6792
Fonte: Próprio Autor
TOTAL
29
2.6 LEVANTAMENTO DOS MATERIAIS DAS SAPATAS
Com o projeto de sapatas elaborado para a obra em 2010 (Anexo B), resultado da
solicitação de cargas da edificação (Anexo C) e o laudo de SPT (Anexo A), fez-se o
levantamento de concreto para a execução das sapatas, conforme na Tabela 10.
Tabela 10 – Levantamento de concreto das sapatas.
O levantamento de aço das sapatas estão detalhados no Apêndice B, e a Tabela 11
apresenta o resumo de aço.
30
Tabela 11 - Resumo de aço da sapata.
3. ANÁLISES DOS RESULTADOS
Com os dados obtidos pode-se resumir o consumo de concreto e do consumo de aço
de cada tipo de fundação conforme Tabela 12.
Tabela 12 - Resumo de materiais dos dois tipos de fundação
Verifica-se com base na Tabela 12 que o volume de concreto gasto na solução em
tubulões seria 60% superior ao que foi gasto na solução em sapatas. Em se tratando do
quantitativo de aço, verifica-se que o peso de aço gasto nas sapatas foi apenas 1% superior
ao que seria gasto caso se optasse pela execução em tubulões. A seguir, em forma de
visualização gráfica, apresentam-se nas Figuras 18 e 19 os quantitativos de concreto e aço
para as soluções estudadas.
Figura 19 - Quantidade de concreto gasto para
cada tipo de fundação.
Figura 20 - Quantidade de aço gasto para cada tipo
de fundação.
Bitola Comp Peso/m Peso(kg)
8 1220,00 0,39 479,46
12.5 2414,25 0,99 2385,28
16 1128,19 1,57 1771,26
20 1230,52 2,48 3051,69
25 1211,08 3,93 4759,54
12.447,23Total
Fonte: Próprio autor
31
Segundo a ABNT NBR 6122/2010 o concreto a ser utilizado para tubulões deve ter
consumo de cimento não inferior a 300 kg/m³, o abatimento ou slump teste conforme ABNT
NBR NM 67 entre 8 cm e 12 cm, o agregado deve ter diâmetro máximo 25 mm (brita 2), e
fck máximo de 20 MPa aos 28 dias.
A revista construção de outubro de 2013 informa os preços dos concretos de 20
MPa, 30 MPa, e do aço CA 50 de R$279,99/m³, R$296,66/m³ e R$3,50/kg em média,
respectivamente. A cotação do dólar do mês é de U$ 2,18. Convertendo o material gasto em
reais tem-se o custo total das sapatas de R$150.609,18, e dos tubulões R$152.352,92, como
o mostra a Figura 20, e a Figura 21 mostra a essa conversão em dólar.
Figura 21 – Comparativo de custos entre as soluções de tubulões e sapatas.
Figura 22 – Comparativo de custos em dólar entre as soluções de tubulões e sapatas.
R$ 100.000,00
R$ 110.000,00
R$ 120.000,00
R$ 130.000,00
R$ 140.000,00
R$ 150.000,00
R$ 160.000,00
Tubulão Sapata
Custo (R$)
$40.000,00
$45.000,00
$50.000,00
$55.000,00
$60.000,00
$65.000,00
$70.000,00
$75.000,00
Tubulão Sapata
Custo em dólares ($)
Tubulão
Sapata
32
4. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA ESTUDOS FUTUROS
Este estudo procurou analisar se a adoção de outro tipo de fundação seria mais viável
economicamente do que o executado em uma determinada edificação. Na edificação em
questão, optou-se pelo uso de sapatas, e o estudo compara a viabilidade de se utilizar
tubulões em substituição à solução executada.
Ademais, as análises se concentraram em verificar os quantitativos de materiais
utilizados na solução em sapatas com os quantitativos que seriam utilizados caso se optasse
pela solução em tubulões.
Diante das análises realizadas, os estudos permitem concluir que:
Diante das sondagens realizadas no lote destinado à edificação seria possível a
adoção tanto da solução em sapatas quanto em tubulões para as fundações visto que as
camadas superficiais apresentam resistência compatível para as cargas fornecidas pelo
projeto estrutural;
Mesmo se utilizando a taxa do solo 50% superior para o dimensionamento dos
tubulões (6 kgf/cm2) do que a utilizada para o dimensionamento da sapata (4 kgf/cm2),
verificou-se que o volume de concreto é bem superior do que ao utilizado nas sapatas;
Em se tratando de fundações profundas como no caso da utilização em tubulões,
verifica-se o acréscimo de 29,44% de concreto para os blocos de coroamento quando
comparados com a solução em sapatas;
O volume de concreto gasto na solução em tubulões seria 60% superior ao que foi
gasto na solução em sapatas;
Em se tratando do quantitativo de aço, verifica-se que o peso de aço gasto nas
sapatas foi apenas 1% superior ao que seria gasto caso se optasse pela execução em
tubulões;
O custo total das sapatas foi de R$ 150.609,18 e dos tubulões R$ 152.352,92, ou
seja, valores próximos, considerando-se apenas os custos de aço e concreto;
Diante dos resultados obtidos, a escolha de sapata como tipo de fundação, conforme
executada, foi a mais viável. Mesmo com a diferença aproximada de R$1.700,00, ao se
considerar as dificuldades de contratação de mão de obra para o alargamento das bases dos
tubulões. Tem-se também a facilidade e rapidez de execução de fundação rasa;
33
É válida a recomendação prática de Rebello (2011) que afirma que solos com as
propriedades de SPT acima de 8 com profundidade menor que 2 metros são mais viáveis
economicamente;
Diante do período chuvoso a opção pela sapata foi a mais acertada, pois caso se
optasse por tubulões, haveria a necessidade de um tempo maior o que poderia coincidir com
um evento chuvoso de maior intensidade que comprometeria as escavações dos tubulões;
O custo total que seria gasto com o material para tubulão seria aproximadamente 1%
maior que o custo gasto com a sapata executada pelo edifício.
Ressalte-se que as análises deste estudo detiveram-se tão somente aos quantitativos
de aço e concreto. Diante disso, recomenda-se para projetos futuros que se proceda ao
levantamento detalhado para a composição dos custos totais, incluindo dessa fora, o custo
de mão de obra (por exemplo de carpintaria, poceiros), aluguel de máquinas etc. com vistas
a se chegar à decisão mais condizente possível à realidade da obra. Além de custos, poder-
se-ia incluir nessa análise comparativa o tempo necessário de execução para cada tipo de
fundação.
COMPARATIVE ANALYSIS OF COSTS OF TYPES OF FOUNDATIONS (PIPE AND
SHOE) - CASE STUDY
ABSTRACT
This article examines the use of another type of foundation would be more feasible
than run the building. The construction of the case study chose to use shoes as the
foundation, and the case study compares the feasibility of using caisson as a foundation as
the cost of the expense of concrete and steel needed. There are many factors that influence
the choice of a foundation, as the geology of the terrain, the loads of the building, the
buildings surrounding the lot and groundwater level, among others. But there are situations
that can use several options of the foundation where the choice is simply defined by the
cost, as this case study, and runtime.
Keywords: Comparison of foundations. Shoe. Caisson.
34
5. REFERÊNCIAS
ABNT: NBR 6122/2010; Projeto e execução de fundações; Associação Brasileira de
Normas Técnicas, 2010
BASTOS, Paulo. Blocos de fundação. Faculdade de Engenharia, Unesp, Campus De
Bauru/SP. Setembro de 2013. 78 f. Nota de aula.
CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos solos e suas aplicações. 6. ed., rev. ampl. Rio de
Janeiro, RJ: LTC, c1988. v.
HACHICH, Waldemar (Coord.). Fundações: teoria e prática . 2. ed. São Paulo: Pini, 1998.
751 p. ISBN 85772660984
JOPPERT JUNIOR, Ivan. Fundações e contenções de edifícios: qualidade total na gestão
do projeto e execução. São Paulo: Pini, 2007. 221 p. ISBN 9788572661775
PINTO, Carlos de Sousa. Curso básico de mecânica dos solos em 16 aulas. 3. ed. São
Paulo, SP: Oficina de Textos, c2006. 367 p. ISBN 9788586238512
CONSTRUÇÃO MERCADO. São Paulo. Editora PINI, ano66, nº147, out.2013.
REBELLO, Yopanan Conrado Pereira. Fundações: guia prático de projeto, execução e
dimensionamento. 3. ed. São Paulo, SP: Zigurate editora, 2011. 239 p. ISBN
9788585570101
VELLOSO, Dirceu de Alencar; LOPES, Francisco de Rezende. Fundações. Nova edição.
São Paulo, SP: Oficina de Textos, c2010. v. ISBN 9788586238987 (v.2)
VELLOSO, Dirceu de Alencar; LOPES, Francisco de Rezende. Fundações. 2. ed. São
Paulo, SP: Oficina de Textos, 2011. v. ISBN 9788579750144 (v.1)
35
APÊNDICE A – PROJETO DE TUBULÃO
36
37
APÊNDICE B – LEVANTAMENTO DE AÇO
38
39
ANEXO A – LAUDO DE SPT (RESUMO)
LOCALIZAÇÃO DA ÁREA DE EXECUÇÃO DAS SONDAGENS
As Ilustração 1 a seguir, retiradas do Google Earth em 06 de Outubro de 2010,
mostra uma visão da área de execução das sondagens.
Ilustração 1 - Visão área de execução das sondagens SPT
Segue abaixo uma sondagem representativa do laudo de sondagem SPT realizada
pela edificação.
40
Folha n.° 01
Altitude Latitude
LongitudeNível do terreno
Nível d'água (m) / Data da observacão
Inicial:
Final:
DATA INÍCIO: DATA TÉRMINO:
5 10 15 20 25 30 35 40 45
1
6 6
2Silte
pouco
arenoso
pouco
argilosoRoxo úmido
Pouco
Compacta(o)
7 9
3Silte
pouco
arenoso
pouco
argilosoRoxo úmido
Medianamente
Compacta(o)
8 10
4Silte
pouco
arenoso
pouco
argilosoRoxo úmido
Medianamente
Compacta(o)
13 15
5Silte
pouco
arenoso
pouco
argilosoRoxo úmido
Medianamente
Compacta(o)
26 33
6Silte
pouco
arenoso
pouco
argilosoRoxo úmido Compacta(o)
44 56
7Silte
pouco
arenoso
pouco
argilosoRoxo úmido
Muito
Compacta(o)
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
Amostrador: Ø Externo = 50,8 mm e Ø Interno = 34,9 mm
MÉTODO DE AVANÇO
TC - Trado Concha Rideci Farias, DSc.
TH - Trado Helicoidal Engenheiro Civil e Geotécnico
CA - Circulação de Água CREA 9736/D PA
NA
nã
o e
nc
on
tra
do
em
05
/10
/20
10
Obs. Sondagem paralisada após execução de avanço por circulação
de água conforme item 6.4.3.3 da NBR 6484/2001.
30cm INICIAIS
30cm FINAIS
NÍV
EL
DO
LE
NÇ
OL
FR
EÁ
TIC
O
ÍNDICE DE RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO
30c
m I
NIC
IAIS
CLIENTE:
PENETRAÇÃO GRÁFICO
LOCAL:
ESCALA: 5/10/2010 5/10/2010
Marka Construtora Incorporadora LTDA
Rua Manacá, lote 09, Águas Claras, Brasília/DF
SONDADOR: Décio
SPT- 10
Engenheiro Civil e Geotécnico
30c
m F
INA
IS
Consistência/
CompacidadeCor W%
Revestimento: Ø Interno = 2 1/2"
Camada Superficial - Orgânica.
Limite da sondagem = 8,39 m( 56 golpes) -Silte, pouco arenoso, pouco
argiloso, roxo, úmido, muito compacto.
CREA 9649/D DF
PR
OF
UN
DID
AD
E (
m)
SIM
BO
LO
GIA
Glanulometria
(SPT)
NÚMERO DE GOLPES
Haroldo Paranhos, MSc.
CLASSIFICAÇÃO DAS CAMADAS
Inicial Final Inicial Final
0 10 6,45 7,35 -0,90
10 20 7,35 7,97 -0,62
20 30 7,97 8,35 -0,38
30 40 8,35 8,39 -0,04
Avanço(m)Tempo de lavagem Profundidade
41
ANEXO B – PROJETO DE SAPATAS
42
43
ANEXO C – SOLICITAÇÃO DE CARGAS DA EDIFICAÇÃO