04 Fundações directas correntes sem ensoleiramentos - 5ª aula teórica

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DECivil GESTEC 1 1 /48 /48 Tecnologia da Construção de Edifícios Mestrado Integrado em Engenharia Civil FUNDA FUNDA Ç Ç ÕES ÕES DIRECTAS CORRENTES DIRECTAS CORRENTES Autor: Eng.º Abílio Lopes e Prof. Jorge de Brito Coordenação: Prof. F. A. Branco, Prof. Jorge de Brito, Prof. Pedro Vaz Paulo e Prof. João Pedro Correia

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il FUNDAFUNDAÇÇÕES ÕES DIRECTAS CORRENTESDIRECTAS CORRENTES

Autor: Eng.º Abílio Lopes e Prof. Jorge de Brito

Coordenação: Prof. F. A. Branco, Prof. Jorge de Brito, Prof. Pedro Vaz Paulo e Prof. João Pedro Correia

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1. INTRODUÇÃO1.1. Fundações1.2. Interacção terreno - fundação - estrutura1.3. Exigências funcionais

2. TIPOS E FUNÇÕES2.1 Classificação2.2. Fundações directas - superficiais

3. INFORMAÇÃO GEOTÉCNICA3.1. Introdução3.2. Prospecção geotécnica

4. REFERÊNCIAS

ÍÍNDICENDICEÍÍNDICENDICE

FUNDAFUNDAÇÇÕES DIRECTAS CORRENTESÕES DIRECTAS CORRENTES

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1. INTRODU1. INTRODUÇÇÃOÃO

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Conjunto de elementos estruturais das construções, cuja finalidade é a de transmitir as cargas da superstrutura ao terreno.

Dependendo das cargas da construção e do tipo de solo em que se apoiam, as fundações podem ser (i) superficiais ou directas, (ii) semi-profundas ou (iii) profundas.

Superficiais / directas - sapatas Profundas - estacas

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1.1. INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO1.1. Funda1.1. Fundaççõesões

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• Assegurar a ligação entre qualquer estrutura e o terreno;

• transferir as cargas das estruturas, para o terreno;

• elementos fundamentais na estabilidade das estruturas.

As fundações podem ser definidas como elementos estruturais de transição entre a estrutura de uma construção e o terreno sobre o qual ela se apoia, a fim de transmitir com segurança as solicitações oriundas da construção.

OBJECTIVO DAS FUNDAOBJECTIVO DAS FUNDAÇÇÕESÕES

FUNDAFUNDAÇÇÕES DIRECTASÕES DIRECTAS CCOORRRREENNTTEESS

1.1. INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO1.1. Funda1.1. Fundaççõesões

Proc

esso

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Con

stru

ção

Lice

ncia

tura

em

Eng

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ESTRUTURA

FUNDAÇÃO

TERRENO

SISMOS

VENTO

ACÇÕES

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1.1. INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO1.2. Interac1.2. Interacçção terreno ão terreno -- fundafundaçção ão -- estruturaestrutura

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Segurança e fiabilidadeDurabilidade

Utilidade funcionalEconomia

Profundidade adequadaSegurança em relação à rotura

Assentamentos aceitáveisFUNDAFUNDAÇÇÕES DIRECTASÕES DIRECTAS CCOORRRREENNTTEESS

1.1. INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO1.3. Exigências funcionais1.3. Exigências funcionais

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2. TIPOS E FUN2. TIPOS E FUNÇÇÕESÕES

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Quanto à transmissão de cargas:

(i) superficiais ou directas D < 4B(ii) semi-profundas 4B < D < 10B(iii) profundas ou indirectas D > 10B

B - menor dimensão em plantaD - profundidade do plano

de fundaçãoL - comprimento da sapata

D

B

Terreno de fundação

L

Sapata isoladaFundação directa

TIPOS DE CLASSIFICAÇÕES:

• Profundidade de transmissão de cargas - superficiais e profundas

• Método construtivo - métodos correntes e especiais

• Material de construção - betão, alvenaria, madeira, metálicas

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2. TIPOS E FUN2. TIPOS E FUNÇÇÕESÕES2.1. Classifica2.1. Classificaççãoão

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A situação mais simples de fundação directa ou superficial, é o caso de uma sapata isolada, com um pilar:

B - menor dimensão em plantaD - profundidade do plano de fundaçãoL - comprimento da sapata

D

B

Terreno de fundação

L

Sapata isolada

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2. TIPOS E FUN2. TIPOS E FUNÇÇÕESÕES2.2. Funda2.2. Fundaçções directas ões directas -- superficiaissuperficiais

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As solicitações (cargas) são transmitidas ao terreno exclusivamente pela face inferior do elemento de fundação e a pequenas profundidades.

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2. TIPOS E FUN2. TIPOS E FUNÇÇÕESÕES2.2. Funda2.2. Fundaçções directas ões directas -- superficiaissuperficiais

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Tipos de fundações directas:• a) sapatas isoladas;• b) sapatas contínuas; • c) sapatas agrupadas por vigas de fundação;• d) grelhas de fundação;• e) ensoleiramentos gerais (com capitéis, nervurados ou não).

Sapata contínua Sapatas agrupadas por vigas de fundação

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2. TIPOS E FUN2. TIPOS E FUNÇÇÕESÕES2.2. Funda2.2. Fundaçções directas ões directas -- superficiaissuperficiais

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D

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Sapata isoladaexcêntrica em duas direcções

D

B

L

Sapata isoladaexcêntrica numa direcção

D

B

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Sapata isoladacentrada

Terreno de fundação

a) SAPATAS ISOLADASa) SAPATAS ISOLADAS

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2. TIPOS E FUN2. TIPOS E FUNÇÇÕESÕES2.2. Funda2.2. Fundaçções directas ões directas -- superficiaissuperficiais

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Sapata isoladacentrada

Terreno de fundação

• terreno com características constantes;

• níveis de carregamento, pequenos a médios;

• superstrutura sem exigências especiais, relativas aassentamentos diferenciais;

• cargas concentradas e afastadas.

ADEQUAADEQUAÇÇÃO DO TIPO DE TERRENO AO TIPO DE FUNDAÃO DO TIPO DE TERRENO AO TIPO DE FUNDAÇÇÃOÃO

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2. TIPOS E FUN2. TIPOS E FUNÇÇÕESÕES2.2. Funda2.2. Fundaçções directas ões directas -- superficiaissuperficiais

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B

Sapata contínua

Terreno de fundação

b) SAPATAS CONTb) SAPATAS CONTÍÍNUAS / CORRIDASNUAS / CORRIDAS

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2. TIPOS E FUN2. TIPOS E FUNÇÇÕESÕES2.2. Funda2.2. Fundaçções directas ões directas -- superficiaissuperficiais

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- proximidade de várias sapatas isoladas num determinado alinhamento;- sapata em que L >> B (na prática, L > 10B);- cargas distribuídas por elementos de painel.

• fundação de uma parede / núcleo;• fundação de um muro de suporte;• terrenos não uniformes;• níveis elevados de carregamento;• pouca capacidade resistente do terreno.

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2. TIPOS E FUN2. TIPOS E FUNÇÇÕESÕES2.2. Funda2.2. Fundaçções directas ões directas -- superficiaissuperficiais

D

B

Terreno

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• terreno não uniformes;• níveis de carregamento médios / elevados;• superstrutura com exigências especiais, relativas a assentamentosdiferenciais;

• junto a sapatas excêntricas ou a muros de suporte, cujas sapatasnão estão auto-equilibradas;

• em regiões sísmicas.

c) SAPATAS AGRUPADAS POR VIGAS DE FUNDAc) SAPATAS AGRUPADAS POR VIGAS DE FUNDAÇÇÃOÃO

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2. TIPOS E FUN2. TIPOS E FUNÇÇÕESÕES2.2. Funda2.2. Fundaçções directas ões directas -- superficiaissuperficiais

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Sapata contínua

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2. TIPOS E FUN2. TIPOS E FUNÇÇÕESÕES2.2. Funda2.2. Fundaçções directas ões directas -- superficiaissuperficiais

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d) GRELHAS DE FUNDAd) GRELHAS DE FUNDAÇÇÃOÃO

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2. TIPOS E FUN2. TIPOS E FUNÇÇÕESÕES2.2. Funda2.2. Fundaçções directas ões directas -- superficiaissuperficiais

• variabilidade das características do terreno de fundação;• sensibilidade da superstrutura a assentamentos diferenciais;• sismicidade da região;• existência de sapatas excêntricas ou de muros de suporte cujas sapatas não estejam auto-equilibradas.

Correspondem a vigas de fundação a ligar a base dos pilares, prescindindo-se de sapatas sob os mesmos.

Podem constituir uma boa opção (p.e. relativamente a sapatas agrupadas por vigas ou aos ensoleiramentos gerais), quando ascargas transmitidas pelos pilares são pequenas, o nível freático ébaixo e se verifica uma (ou mais) das seguintes situações:

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Correspondem a lajes de planta extensa (em geral, ocupam a área de implantação do edifício) e espessura relativamente pequena.• carregamentos muito elevados na totalidade ou em parte significativada fundação;

• terreno com características mecânicas elevadas apenas a grandeprofundidade;

• terreno superficial fraco, mas susceptível de receber cargas;

e) ENSOLEIRAMENTO GERALe) ENSOLEIRAMENTO GERAL

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2. TIPOS E FUN2. TIPOS E FUNÇÇÕESÕES2.2. Funda2.2. Fundaçções directas ões directas -- superficiaissuperficiais

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• rigidez da laje - uniformização de tensões transmitidas ao terreno.•• superstrutura sensível a assentamentos diferenciais;• solução por sapatas isoladas ocupa mais de 50% da implantação;• nível freático próximo ou acima do piso térreo.

Pressões

Sapatas isoladas Ensoleiramento geralDistribuição de pressões em profundidade:

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2. TIPOS E FUN2. TIPOS E FUNÇÇÕESÕES2.2. Funda2.2. Fundaçções directas ões directas -- superficiaissuperficiais

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Espessura constante

Espessura variável Laje vigada (nervurada)

Laje aligeirada com vaziosTIPOS DE ENSOLEIRAMENTO GERALTIPOS DE ENSOLEIRAMENTO GERAL

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2. TIPOS E FUN2. TIPOS E FUNÇÇÕESÕES2.2. Funda2.2. Fundaçções directas ões directas -- superficiaissuperficiais

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SAPATA ISOLADASAPATA ISOLADA

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2. TIPOS E FUN2. TIPOS E FUNÇÇÕESÕES2.2. Funda2.2. Fundaçções directas ões directas -- superficiaissuperficiais

SAPATA LIGADA PORSAPATA LIGADA PORVIGAS DE FUNDAVIGAS DE FUNDAÇÇÃOÃO

ENSOLEIRAMENTOENSOLEIRAMENTOSAPATA CORRIDASAPATA CORRIDA

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Estrato compressível

antes depois

DISTRIBUIDISTRIBUIÇÇÃO DE PRESSÕES EM PROFUNDIDADEÃO DE PRESSÕES EM PROFUNDIDADE

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2. TIPOS E FUN2. TIPOS E FUNÇÇÕESÕES2.2. Funda2.2. Fundaçções directas ões directas -- superficiaissuperficiais

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3. INFORMA3. INFORMAÇÇÃO ÃO GEOTGEOTÉÉCNICACNICA

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Para responder a esta pergunta torna-se necessário efectuar uma análise rigorosa ao terreno, que terá as seguintes fases:

• reconhecimento do local e da região;• prospecção geotécnica - espessura e propriedades das diferentesformações do terreno até uma que se saiba ter uma boacapacidade de carga; estudo dos níveis de águas subterrâneas;

• ensaios “in situ” e laboratoriais sobre amostras.

QUE TIPO DE FUNDAQUE TIPO DE FUNDAÇÇÃO UTILIZAR ?ÃO UTILIZAR ?

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3. INFORMA3. INFORMAÇÇÃO GEOTÃO GEOTÉÉCNICACNICA3.1. Introdu3.1. Introduççãoão

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3. INFORMA3. INFORMAÇÇÃO GEOTÃO GEOTÉÉCNICACNICA3.1. Introdu3.1. Introduççãoão

Rochas duras e sãs 100Rochas pouco duras ou medianamente alteradas 30Rochas brandas ou muito alteradas 10

Areias e misturas areia - seixo, bem graduadas e compactas 4-6 2-3Areias e misturas areia - seixo, bem graduadas mas soltas 2-4 1-2Areias uniformes compactas 2-4 1-2Areias uniformes soltas 1-2 0.5-1

Solos coerentes rijos 4-6Solos coerentes muito duros 2-4Solos coerentes duros 1-2Solos coerentes de consistência média 0.5-1Solos coerentes moles -Solos coerentes muito moles (incluindo lodos)

Turfas e depósitos turfosos -

Aterros e entulhos -

seco / submerso

Tensões de seguranTensões de segurançça a àà rotura (kgf/cmrotura (kgf/cm22))So

los

Solo

sco

eren

tes

coer

ente

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Solo

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3. INFORMA3. INFORMAÇÇÃO GEOTÃO GEOTÉÉCNICACNICA3.1. Introdu3.1. Introduççãoão

Notas sobre o estabelecimento dos valores anteriores da tensão de rotura:

- fundações horizontais a 0.5 m de profundidade sob cargas estáticas verticais;

- coeficiente de segurança de 2.0 em relação à capacidade de carga por corte do terreno de fundação;

- para solos incoerentes, valores referem-se a larguras da sapata de 1.0 m.

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INFORMAÇÃO GEOTÉCNICA

Soluções viáveis / final

Análise de soluções viáveis

TIPO DE ESTRUTURA

ACÇÕES DE CARREGAMENTO

Grandeza das solicitações a transmitir ao terreno

Características do terreno em profundidadeem termos de resistência e deformabilidade

Limitações construtivas no local (equipamento e espaço disponíveis) e valor patrimonial do terreno

PROCESSO DE ESCOLHA DO TIPO DE FUNDAPROCESSO DE ESCOLHA DO TIPO DE FUNDAÇÇÃOÃO

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3. INFORMA3. INFORMAÇÇÃO GEOTÃO GEOTÉÉCNICACNICA3.1. Introdu3.1. Introduççãoão

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Arenoso com intercalações ou bolsas de silte ou argila

A NATUREZA DO TERRENO

Método de prospecçãoCONDICIONA

Não se justifica um programa amplo de ensaios

Determinar características de amostras representativas e adequado número de ensaios de penetração

Para uma mesma estrutura

Argilosoensaiar

amostras inalteradas

Avaliar assentamentos e seu ritmo

NATUREZA DO TERRENONATUREZA DO TERRENO

FUNDAFUNDAÇÇÕES DIRECTASÕES DIRECTAS CCOORRRREENNTTEESS

3. INFORMA3. INFORMAÇÇÃO GEOTÃO GEOTÉÉCNICACNICA3.1. Introdu3.1. Introduççãoão

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Recolha de toda a informação disponível sobre as condições do terreno (características e resistências das diversas camadas do solo) e o comportamento das estruturas na vizinhança:

• características topográficas e geológicas do local e da região;• registo de sondagens e outras operações de prospecção anteriormente realizadas no local;

• perturbações devidas a deslocamento de terras;• tipo de estruturas existentes e seu comportamento;• marcas de cheias em edifícios antigos;• níveis de água no subsolo (poços, escavações);• cotas de afloramento de rochas;• perfis geológicos de cortes ou escavações existentes (estradas,caminhos de ferro, pedreiras, etc.);

• colheita de amostras características, fotografias;• informação sobre o clima, acessos, materiais de construção/equips.;• contactos com autoridades locais, técnicos, etc.

RECONHECIMENTO DO LOCAL E DA REGIÃORECONHECIMENTO DO LOCAL E DA REGIÃO

FUNDAFUNDAÇÇÕES DIRECTASÕES DIRECTAS CCOORRRREENNTTEESS

3. INFORMA3. INFORMAÇÇÃO GEOTÃO GEOTÉÉCNICACNICA3.1. Introdu3.1. Introduççãoão

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• cartas topográficas, cadastrais, geológicas;• cartas de solos / cartas de sismicidade;• artigos e relatórios sobre prospecção e geologia locais;• registos de elementos hidrológicos e maregráficos;• casos históricos e fotografia aérea.

• Especificação LNEC E 217-1968

Recolha de informação

Estimativa das propriedades

ClassificaClassificaçção do ão do terreno de terreno de fundafundaççãoão

RECOLHA DE DOCUMENTARECOLHA DE DOCUMENTAÇÇÃOÃO

FUNDAFUNDAÇÇÕES DIRECTASÕES DIRECTAS CCOORRRREENNTTEESS

3. INFORMA3. INFORMAÇÇÃO GEOTÃO GEOTÉÉCNICACNICA3.1. Introdu3.1. Introduççãoão

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LOCAIS CONHECIDOS E URBANIZADOS

permite identificar - zonas de aterro e suas espessuras

A SUA COMPARAÇÃOrecentes antigas

Cartas topográficas

RECOLHA DE INFORMARECOLHA DE INFORMAÇÇÃOÃO

FUNDAFUNDAÇÇÕES DIRECTASÕES DIRECTAS CCOORRRREENNTTEESS

3. INFORMA3. INFORMAÇÇÃO GEOTÃO GEOTÉÉCNICACNICA3.1. Introdu3.1. Introduççãoão

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• quando as características superficiais dos terrenos satisfazem asexigências da natureza da obra, opta-se por fundações directas /superficiais;

• normalmente, não se usam fundações diferentes numa mesmaobra.

• no entanto, dependendo das condições do terreno e do tipo daestrutura, pode-se recorrer a soluções mistas através de juntas.

FUNDAFUNDAÇÇÕES DIRECTASÕES DIRECTAS CCOORRRREENNTTEESS

3. INFORMA3. INFORMAÇÇÃO GEOTÃO GEOTÉÉCNICACNICA3.1. Introdu3.1. Introduççãoão

ESCOLHA DESCOLHA DA SOLUA SOLUÇÇÃO DE FUNDAÃO DE FUNDAÇÇÃOÃO

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Com o diagnóstico possível, há que confirmá-lo, utilizando a prospecção por sondagens ou outros métodos. Contudo, há que ter presente que a sondagem dá indicações pontuais, mais ou menos extrapoláveis conforme a regularidade do terreno em causa.Em muitos casos, reduz-se a prospecçãoa poucas sondagens com recolha de amostras perturbadas e ensaios de penetração normalizados (SPT).

AterroAreias argilosasAlteração de rocha compactaRocha

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3. INFORMA3. INFORMAÇÇÃO GEOTÃO GEOTÉÉCNICACNICA3.2. Prospec3.2. Prospecçção geotão geotéécnicacnica

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Adopção de programas suficientemente progressivos e flexíveis para se adaptarem a eventuais circunstâncias adversas, dentro de

aceitáveis limites de custos, riscos e tempo de execução.

Problemas MUITO variáveis;terrenos apresentam propriedades indefinidas e não controláveis

ao contrário de, por exemplo, o aço ou o betão;não são possíveis a caracterização e definição exactas

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NNÚÚMERO E DISPOSIMERO E DISPOSIÇÇÃO DAS OPERAÃO DAS OPERAÇÇÕES DE PROSPECÕES DE PROSPECÇÇÃOÃO

A disposição e espaçamento de poços e outras sondagens

revelam qualquer modificação importante na

ESPESSURAPROFUNDIDADE

ESTRUTURAou propriedades das formações interessadas.

O número e o tipo das operações de prospecção necessárias

VARIAM COM• as dimensões e a a natureza da estrutura a fundar, • as características do terreno;• e a existência ou não de adequados registos geológicos.

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A profundidade a ser alcançada pelas sondagens deve ser fixada, levando-se em conta a distribuição de pressões no terreno.

Na prática, D ≥ (0.8 a 1.0) P * B

• D e B em metros

• B - menor dimensão da fundação

• P - kgf/cm2

Estrato compressível

Sapatas isoladas

Ensoleiramento geral

D

PROFUNDIDADE DAS SONDAGENSPROFUNDIDADE DAS SONDAGENS

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EnEnsaio SPT (saio SPT (Standard Penetration TestStandard Penetration Test))

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O SPT é um ensaio dinâmico que consiste em cravar no fundo de um furo de sondagem, devidamente limpo, um amostrador normalizado.

O SPT foi desenvolvido em1927 e é hoje um dos ensaios mais correntemente utilizados e o mais económico para obter informaçãosobre solos de fundações.

Estima-se que 85% a 90% das fundações convencionais nos EUA Usem o SPT. O método foi estandardizado em 1958 como normaASTM D1586.

Na região de Lisboa (até1991) realizaram-se mais de 16 000 ensaiosem cerca de 1800 sondagens, sendo o primeiro datado de 1953.

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EnEnsaio SPT (saio SPT (Standard Penetration TestStandard Penetration Test))

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A cravação é feita recorrendo-se a um pilão com 63.5 kgf que cai livremente de uma altura de ~76 cm, sobre um batente que por sua vez está ligado a um trem de varas, cuja ponta éum amostrador normalizado.

Amostrador

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EnEnsaio SPT (saio SPT (Standard Penetration TestStandard Penetration Test))

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Fase 1O amostrador é cravado 15 cm, registando-se o respectivo número de pancadas. A esta fase correspondem em regra solos remexidos pelo que o valor obtido nesta fase é meramente indicativo.

Fase 2O amostrador é cravado mais 30 cm, sendo o resultado do ensaio SPT o número de pancadas N obtido. Se após 60 pancadas, a penetração não atingir os 30 cm, termina-se o ensaio medindo a penetração obtida.

n1Nº de pancadas para atingir 15 cm oupenetração conseguida com 30 pancadas.

NNº de pancadas para atingir 30 cm (15+15) ou penetração conseguida com 60 pancadas. Repartido em 2 medições N = n2+n3

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EnEnsaio SPT (saio SPT (Standard Penetration TestStandard Penetration Test))

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Domínio de aplicaçãoUtilizado principalmente para a determinação das propriedades de solos arenosos. Aplicável igualmente para argilas e siltes.

Interpretação de resultadosTabelas de correlação com propriedades físicas dos solos.Tabelas distintas para solos arenosos e solos argilosos.

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4. REFERÊNCIAS4. REFERÊNCIAS

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4. REFERÊNCIAS4. REFERÊNCIAS

Jorge de Brito, Fundações Directas Correntes, Mestrado em Construção, Tecnologia de Contenções e Fundações, IST

José Roberto dos Santos e Jorge de Brito, Ensoleiramentos Gerais e Grelhas de Fundação, Mestrado em Construção, Tecnologia de Contenções e Fundações, IST

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Trabalho realizado com o apoio do Programa Operacional Sociedade da Informação - POSI

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