1

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

2

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

3

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

6

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.

7

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.

8

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.

9

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

13

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.

16

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

17

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