Estudo de Caso Comparando a Fundação Mais Viável Entre Estaca e Sapatas Para Projeto Modelo...

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IESPLAN – Instituto de Ensino Superior Planalto

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ESTUDO DE CASO COMPARANDO A FUNDAÇÃO MAIS VIÁVEL ENTREESTACA E SAPATAS PARA PROJETO MODELO PEECAP 2015 COM

DETERMINADO ENSAIO DE SONDAGEM

Aluno: Eng. Civil Ricardo Paulinelli de Araújo Filho

Orientador: Professor DSc. Li Chong Lee Bacelar de Castro

Instituto de Ensino Superior Planalto – IESPLAN

Trabalho de Conclusão de Curso de Pós-graduação em Projeto Estrutural deEdifícios em

Concreto Armado e Protendido – PEECAP

RESUMO

Quando tratamos de fundações, para edificações de pequeno porte,

indiscutivelmente observamos a grande popularidade das sapatas isoladas e

estacas escavadas. E é habitual se ouvir dizer que preferencialmente devemos

optar por sapata sempre que possível.

Em virtude dessa popularidade e afirmações que estamosacostumados a ouvir nos canteiros de obras e de dentro da rotina de escritórios

de cálculo estrutural que esse trabalho vem estudar qual desses dois tipos de

fundação é mais viável para um projeto de uma edificação que foi desenvolvido

durante o curso de pós-graduação em projeto estrutural de edifícios em

concreto armado e protendido.

O trabalho inicia-se com conceitos teóricos básicos de

dimensionamento geotécnico de fundações por sapata isolada e estaca

escavada que dão embasamento suficiente para o seu cálculo.

Em seguida, é apresentado o quadro de cargas gerado a partir dascargas atuantes do edifício mencionado e o ensaio de solo fictício, do tipo SPT

que servirá de referência, para em enfim, a partir dos métodos apresentados e

com ajuda de um software de cálculo estrutural, fazer o dimensionamento das

fundações, chegando a um volume total de cada um.

Por fim, é feito o estudo deste caso, chegando a uma conclusão de

qual método de fundação é mais viável e até que ponto vai essa vantagem em

relação ao outro método.

Palavras-chave: Fundações. Sapata Isolada. Estaca Escavada.




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1 INTRODUÇÃO

Há diferentes formas de se classificar os vários tipos de elementos de

fundação existentes. A primeira leva em consideração a profundidade da ponta

ou base do elemento estrutural de fundação, o que dá origem a dois grandesgrupos: as fundações rasas ou superficiais, como as fundações por sapatas, e

as fundações profundas, como as fundações por estaca ou tubulões (CINTRA;

AOKI; ALBIERO, 2011).

Também podemos classificar as fundações, considerando por sua vez,

o modo de transferência de carga do elemento estrutural para o maciço do

solo. No caso de sapatas, a carga é transmitida unicamente pela base, o que

resulta em uma fundação direta (CINTRA; AOKI; ALBIERO, 2011).

Já no caso das estacas, a transferência de carga para o maciço de solo

ocorre principalmente por atrito lateral ao longo do fuste, obtendo-se assim

uma fundação indireta, ou, como ficou mais popularizado no Brasil, fundação

por estaca (CINTRA; AOKI; ALBIERO, 2011).

Em edificações de pequeno e médio porte, o que comumente

observamos é o emprego de estacas escavadas e sapatas, ou seja, são os

métodos mais comuns e mais utilizados ultimamente. O que teoricamente se

ouve é que a favor da economia é conveniente tentar primeiramente encaixar

no projeto uma fundação por sapata, e quando não possível partir para outros

métodos que permitam usufruir de outras camadas mais resistentes e

profundas do solo.

A partir desta especulação, esse trabalho traz todos os conceitos

básicos para o cálculo de dimensionamento de sapatas e estacas escavadas,

para dar embasamento para o estudo de viabilidade, a partir das cargas do

projeto feito no decorrer do curso, empregando os dois tipos de fundação, com

um determinado ensaio de sondagem de solo fictício, chegando a conclusão de

qual método é mais vantajoso.

1.2 OBJETIVOS1.2.1 Objetivo Geral

Apresentar os resultados de um estudo de caso analisando os

aspectos e custos de dois processos distintos de fundação, Estaca Escavada e

Sapata Isolda, chegando a um resultado que aponte o mais vantajoso.




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1.2.2 Objetivos Específicos

Visando atingir o objetivo principal, alguns objetivos específicos são

requeridos, entre eles:

Estudar os aspectos teóricos a respeito de elementos de fundação por

sapata isolada, abordando tudo o que é necessário para sua execução,

possibilitando assim o estudo de caso desta situação;

Analisar os aspectos teóricos a respeito de elementos de fundação por

estaca escavada, abordando todo contexto de sua execução para que

seja realizado assim o estudo de caso;

Fazer um estudo de caso, a partir do cálculo da estrutura da fundação

por sapata isolada para um determinado mapa de cargas e um

determinado ensaio de sondagem de solo, para a partir disto, levantar

quantidade de materiais e apropriar seus devidos custos;

Executar um estudo de caso, a partir do cálculo da estrutura da

fundação por estaca escavada para o mesmo mapa de cargas e o

mesmo ensaio de sondagem de solo cujo cálculo das sapatas isoladas

tenha sido feito, para a partir disto, levantar quantidade de materiais e

apropriar seus devidos custos;

Estudar todos os dados levantados para realizar uma análise crítica a

fim de determinar o método mais vantajoso para este caso específico.

1.3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS

Para ser alcançado o resultado proposto pelo trabalho foi seguida a

seguinte metodologia:

Pesquisa sobre os aspectos gerais dos elementos de fundação sapata

isolada e estaca escavada, englobando as metodologias de cálculo,

propriedades dos materiais, utilizações, métodos de execução,

dificuldades já encontradas, entre outros; Reunir todas informações encontradas e realizar a parte teórica do

trabalho, adquirindo embasamento para os estudos posteriores;

Executar os cálculos necessários para dimensionamento das fundações

para que cheguemos aos quantitativos de materiais;

Realização do estudo de viabilidade;

Concluir com dados numéricos e aspectos observados qual o elemento

de fundação mais viável para este caso específico.




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2 FUNDAÇÕES POR SAPATA ISOLADA

O elemento de fundação por sapata é definido pela NBR 6122/2010

como um “elemento de fundação superficial, de concreto armado,

dimensionado de modo que as tensões de tração nele resultantes sejamresistidas pelo emprego de armadura especialmente disposta para esse fim.”

Quando tratamos de sapatas, podemos ter duas formas de definição:

Sapata isolada e sapata corrida. A primeira, e a que realmente será estudada

nesse trabalho, se trata em transmitir ações de um único pilar, que pode estar

centrado ou é do tipo não alongada. Ele pode ter formato quadrado, retangular,

circular, sendo sua altura constante ou que fique variando linearmente entre as

fazes do pilar à extremidade da base. Em geral são feitas com forma de tronco

de pirâmide.

2.1 CAPACIDADE DE CARGA EM FUNDAÇÕES POR SAPATA ISOLADA

Ao se considerar uma sapata de concreto armado, de base retangular

com largura B e o comprimento L, embutida no solo a uma profundidade h em

relação a superfície, e, gradativamente se iniciar a aplicação de uma força

vertical de compressão P, no seu topo, gera a mobilização de tensões

resistentes no maciço de solo que, no contato com o mesmo, são normais a

sua base, com valor médio Ϭ, como mostra a figura 1:Ϭ = P / B.L

Figura 1 – Sistema sapata-solo (CINTRA; AOKI; ALBIERO, 2011, pág. 21)

Capacidade de carga do elemento de fundação por sapata,representado por Ϭr, é quando a força P e consequentemente a tensão Ϭ são




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aumentadas até que seja mobilizada a máxima resistência do sistema sapata-

solo, chegando a eminência da ruptura. Resumindo, capacidade de carga do

elemento de fundação é a tensão que provoca a ruptura do maciço de solo em

que a sapata está embutida ou apoiada (CINTRA; AOKI; ALBIERO, 2011).

2.2 TENSÃO ADMISSÍVEL

A Tensão Admissível trata da majoração da carga atuante no elemento

de fundação e minoração de sua resistência, ou somente a minoração da

resistência, dependendo da metodologia utilizada, para que haja a segurança

de que essa estrutura não venha a falhar no seu desempenho:

Ϭa < Ϭr med / Fs

em que o denominador da fração (Fs) é um valor normatizado maior do que 1,

o chamado fator de segurança global, ou simplesmente fator de segurança.

Para determinação da tensão admissível em fundações por sapatas, a

partir do ELU, a NBR 6122/2010 (item 7.3) prescreve a utilização e

interpretação de um ou mais dos três seguintes procedimentos: prova de carga

em placa, métodos teóricos e métodos semiempíricos.

Quanto à verificação do ELS, o item 7.4 preconiza que a tensão

admissível “é o valor máximo da tensão aplicada ao terreno que atenda às

limitações de recalque ou deformação da estrutura”. Para execução deste trabalho estudaremos os métodos semiempíricos,

que levam em consideração resultados de ensaios de sondagem de solo.

2.3 MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS

Segundo o item 7.3.3 da NBR 6122/2010, os métodos semiempíricos

“são os que relacionam resultados de ensaios (tais como o SPT, CPT etc.) comtensões admissíveis. 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.

No meio técnico brasileiro, é conhecida a seguinte regra para obter a

tensão admissível em fundações diretas por sapatas, em função do índice de

resistência à penetração do SPT:

Ϭa = Nspt/50 + q (Mpa)

em que Nspt é o valor médio no bulbo de tensões e a parcela correspondente à

sobrecarga q pode ou não ser considerada (CINTRA; AOKI; ALBIERO, 2011).




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A formula a seguir foi demonstrada por Teixeira (1996) para a condição

particular de sapatas retangulares apoiadas na superfície de terrenos

puramente argilosos, em que a capacidade de carga, pelo método de

Skempton (1951), é dada por:

Ϭr = C.Nc

com Nc = 6. Ao considerar c = 0,01Nspt (Mpa) e o fator de segurança 3, temos:

Ϭa = Nspt/50 (Mpa)

Mello (1975) relata o uso, na prática profissional, de outra correlação,

sem distinção de solo:

Ϭa = 0,1 (√Nspt – 1) (Mpa)

Para areias, Teixeira (1996) desenvolve uma correlação, a partir da

equação de capacidade de carga de Terzaghi. Considerando sapatasquadradas de lado B (em metros), apoiadas a 1,5m de profundidade, em areia

com peso específico de 18 KN/m³ e ângulo de atrito interno dado por:

Ø = √20Nspt + 15°

e com o fator de segurança 3, o autor obtém a seguinte expressão para tensão

admissível:

Ϭa = 0,05 + (1 + 0,4B) Nspt / 100 (Mpa)

Essa correlação é representada na figura 2 a seguir, na qual a linha

tracejada refere-se a valores de experiência prática em São Paulo, relatadospor Vargas (1951):

Figura 2 – Tensão admissível em função de B e de Nspt – sapatas em areia (CINTRA; AOKI;

ALBIERO, 2011, pág. 113)




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3 FUNDAÇÕES POR ESTACAS

De acordo com a NBR 6122/1996, estacas são elemento de fundação

profunda executado com o auxílio de ferramentas ou equipamentos sem que

haja descida de operário em qualquer fase de execução (cravação apercussão, prensagem, vibração, ou por escavação, etc), podendo ser

constituído de madeira, aço, concreto, etc;

Geralmente opta-se por algum tipo de fundação profunda quando os

solos superficiais não apresentam capacidade de suportar elevadas cargas, ou

estão sujeitos a processos erosivos, e também, quando existe a possibilidade

da realização de uma escavação futura nas proximidades da obra.

Figura 3 – Fundação profunda segundo a NBR 6122/1996

3.1 CAPACIDADE DE CARGA EM FUNDAÇÕES POR ESTACA

Para o cálculo de um elemento de fundação por estaca começaremos

pelo entendimento do termo capacidade de carga.

Quando aplicada uma carga gradativamente no topo de uma estaca

são mobilizadas tensões resistentes por adesão ou atrito lateral entre o solo e o

fuste da estaca, e também tensões resistentes normais à base ou ponta da

estaca (esses termos são relacionados ao tipo de solo: adesão em argila e




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atrito em areia; porém, predomina o uso da expressão atrito lateral, qualquer

que seja o tipo de solo) (CINTRA; AOKI, 2010).

Para tornar mais didático vamos considerar que primeiro haja

mobilização exclusivamente do atrito lateral até o máximo possível, para que

somente depois seja mobilizada a resistência de ponta, sendo que o recalqueda estaca aumentará conforme mostra a figura 4.

Figura 4 – Mobilização progressiva da resistência do elemento de fundação por estaca

(CINTRA; AOKI, 2010, pág. 10)

Ao longo do fuste, imaginando-se a estaca subdivida em seguimentosverticais, irá atuar diferentes atritos laterais locais, com valores variáveis em

função das características geotécnicas das diferentes camadas e sua

profundidade (CINTRA; AOKI, 2010).

Continuando com aquele raciocínio, se considerarmos que a carga seja

aplicada na estaca incessantemente, chegará ao ponto de solicitar o atrito

lateral máximo em todos os seguimentos e em seguida todo a resistência de

ponta. Quando solicitado o máximo dessas duas resistências chegamos no

ponto de definição de capacidade de carga. “O valor de P2 (figura 2) passa aser representado pela letra R e recebe a denominação de capacidade de carga

do elemento de fundação por estaca. Trata-se, portanto, do valor da forçacorrespondente à máxima resistência que o sistema pode oferecer ou do valor




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representativo da condição de ruptura do sistema, em termos geotécnicos.” (CINTRA; AOKI, 2010)

Iniciando o equacionamento matemático para deduzir a expressão da

capacidade de carga, vamos fazer o equilíbrio de forças:

R = RL + RP

Para obter a parcela da ponta (RP), basta multiplicar a resistência de

ponta, em unidades de tensão (rp), pela área da seção transversal da ponta ou

base da estaca (Ap):

RP = rp.Ap

Já para parcela de atrito (RL), representamos por U o perímetro do

fuste e façamos o somatório das forças resistentes por atrito lateral nos

diversos seguimentos da estaca:

RL = U.∑(rl.Δl)

Com U = π.D, para seção transversal circular.

Durante pesquisas para composição deste artigo verificou-se que há

diversas formas de determinar a capacidade de carga de fundação por estaca,

o que constitui um vasto capítulo da engenharia de fundações. Por causa do

interesse que o assunto desperta, inúmeros autores pesquisaram o problema

teoricamente e apresentaram suas contribuições, que constituem um imenso

repertório de fórmulas.

Para este trabalho optou-se por seguir o Método Aoki-Velloso (1975),

descrito a seguir.

3.2 MÉTODO AOKI-VELLOSO

Pelo método Aoki-Velloso, as duas incógnitas rl e rp, que são as de

caráter geotécnico, são inicialmente correlacionadas com ensaios de

penetração estática CPT, por meio dos valores de resistência de ponta do cone

(qc) e do atrito lateral unitário na luva (fs):

rp = qc / F1 e rl = fs / F2;

em que F1 e F2 são fatores de correção que levam em conta o efeito escala,

ou seja, a diferença de comportamento entre estaca (protótipo) e o cone do

CTP (modelo), e também a influência do método executivo de cada tipo de

estaca. Todavia, como no Brasil o CTP não é tão empregado como o STP, o

valor da resistência de ponta (qc) pode ser substituída por uma correlação com

o índice de resistência a penetração (Nspt):

qc = K.Nspt




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em que o coeficiente K depende do tipo de solo.

Essa substituição possibilita exprimir também o atrito lateral em função

de Nspt, com a utilização da razão de atrito (α):

α = fs / qc Logo:

fs = α.qc e qc = α.K.Nspt

em que α é a função do tipo de solo.

Na literatura especializada sobre cone, a razão de atrito é

tradicionalmente representada por Rf e é utilizada para identificar o tipo de

solo. No método Aoki-Velloso, os autores procedem de maneira inversa, pois, a

partir do tipo de solo, conhecido pela sondagem SPT, inferem o valor da razão

de atrito.

Podemos então reescrever as expressões anteriores para rp e rl:

rp = K.Np / F1 e rl = α.K.Nl / F2

em que Np e Nl são, respectivamente, o índice de resistência à penetração na

cota de apoio da ponta da estaca e o índice de resistência à penetração médio

na camada de solo de espessura ΔL, ambos valores obtidos a partir dasondagem mais próxima. Portanto, a capacidade de carga (R) de um elemento

isolado de fundação pode ser estimada pela fórmula semiempírica:

R = K.Np/F1 . Ap + U/F2 . ∑(α.K.Nl.ΔL)

com os valores de K e α dados na tabela 1, a seguir:




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Tabela 1 – Coeficiente K e razão atrito α (CINTRA; AOKI, 2010, pág. 25)

Já para os fatores F1 e F2, a partir de uma adaptação do método de

Aoki e Velloso, utiliza-se a tabela 2, a seguir:

Tabela 2 – Fatores de correção F1 e F2 atualizados (CINTRA; AOKI, 2010, pág. 26)

3.3 CARGA ADMISSÍVEL

O conceito de Carga Admissível trata da majoração da carga atuante

no elemento de fundação e minoração de sua resistência, ou somente a

minoração da resistência, dependendo da metodologia utilizada, para que haja

a segurança de que essa estrutura não venha a falhar no seu desempenho

(CINTRA; AOKI, 2010).

Assim como vimos em capacidade de carga, também muitos são osmétodos para se chegar a um valor de carga admissível (Pa). Para o estudo de




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caso proposto por esse trabalho, vamos continuar seguindo o raciocínio de

Aoki e Velloso, que adotam o mesmo fator de segurança global normatizado

pela NBR 6122:2010, que estabelece que o Fs a ser utilizado para

determinação de carga admissível é igual a 2:

Pa = R/Fs = RL+RP / 2

4 QUADRO DE CARGAS

As cargas para o estudo deste trabalho vêm de um projeto

desenvolvido durante o curso de pós-graduação, que foi se desenvolvendo

juntamente com a evolução das matérias estudadas.

O projeto é composto por uma edificação de cinco pisos (subsolo,

térreo, mezanino, pavimento e cobertura). As cargas que são transferidas para

a fundação são provenientes do peso próprio da estrutura (para o nosso caso,

concreto armado), elementos de vedação e divisórias (alvenarias),

revestimentos (contrapiso, piso, reboco, etc.), reservatório de água, cargas

variáveis de acordo com o uso (carga proveniente de circulação de pessoas e

peso de equipamentos que são diferentes de acordo com o uso do qual é

destinado a edificação) e ação do vento.

Após finalizar o projeto, foram calculados todos essas cargas geradas

por esses diversos elementos citados e organizados em um quadro que

representa a carga que será transferida a cada elemento de fundaçãodistribuídos neste caso em dez pilares, da seguinte forma, como mostra a

tabela 3:

PILARCARGA(t)

P1 13,18

P2 8,58

P3 19

P4 6,27

P5 11,61

P6 11,94

P7 13,26

P8 10,95

P9 13,59

P10 18,65Tabela 3 – Quadro de Cargas (Fonte do Autor)

A partir destas cargas, devem ser estudados isoladamente casa

elemento de fundação, dimensionados para uma determinada capacidade desolo, que é calculada a partir de um ensaio de sondagem.




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5 ENSAIO DE SONDAGEM DE SOLO SPT

Para conhecer o tipo de solo de um terreno e suas principais

características, como o nível do lençol freático e a resistência, é fundamental

que seja feita alguma sondagem. Uma das mais conhecidas e realizadas antesda escolha da fundação é a SPT-T.

A sondagem SPT-T é um método de investigação de solo cujo avanço

da perfuração é feito por meio de trado ou de lavagem, sendo utilizada a

cravação de um amostrador padrão para a obtenção de medida de resistência

à penetração, coleta de amostra e determinação do nível de água.

A resistência do solo é obtida pelo número de golpes necessários para

cravar um amostrador padrão utilizando o procedimento executivo definido na

norma ABNT 6884:2001. A medida de resistência, mais conhecida como

NSPT, é obtida contando o número de golpes necessários para cravar trêssegmentos de 15 cm. A amostra coletada metro a metro permite a análise tátil

e visual das distintas camadas do subsolo. Quando a sondagem é realizada

acima do nível de água, a perfuração deve ser executada com o auxílio de um

trado concha ou helicoidal até atingir o lençol freático. Abaixo do nível do lençol

freático é possível utilizar o método de percussão com circulação de água

(método de lavagem) com cravação obrigatória de revestimento. O ensaio SPT

torna-se SPT-T quando, após o término da cravação do amostrador, é

acoplado um torquímetro na parte superior da composição de hastes e é

aplicado o torque obtendo duas medidas. Uma corresponde ao valor máximo

do torque e a outra ao torque residual.

Para o nosso estudo usaremos o resultado de ensaio de sondagem de

solo fictício a seguir:

Profundidade(m)

N.A. SPT Descrição

0,00 0 Areia fina, média egrossa, argilosa e

siltosa, amarela1,00 142,00 18 Argila siltosa, pouco

arenosa, consistênciarija, amarela e cinza

3,00 20

4,00 17

5,00 21 Areia fina e média,pouco argilosa,compacta, cinza

amarelada

6,00 6,00 28

7,00 33

8,00 38Tabela 4 – Ensaio SPT (Fonte do Autor)




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6 DIMENSIONAMENTO SAPATAS ISOLADAS

Para o dimensionamento da fundação do tipo sapata isolada, assimcomo para o dimensionamento dos demais elementos que compõe a estrutura

foi utilizado o CYPECAD.

O CYPECAD é um software para projeto estrutural em concreto

armado, pré-moldado, protendido e mistos de concreto e aço, composto por:

pilares, paredes, muros, vigas, lajes, vigotas, sapatas, blocos, estacas,

cortinas, escadas, radiers, maciços, reservatórios, consolos e etc. O software

possui ferramentas para cálculo estrutural, dimensionamento e detalhamento

de elementos, além de módulos e recursos exclusivos para cada etapa do

projeto estrutural.

O dimensionamento e detalhamento são fundamentados nas normas

brasileiras atualizadas de concreto armado (NBR 6118:2014), fundações (NBR

6122), carregamentos (NBR 6123), barras (NBR 7480), ventos (NBR 6123),

ações e combinações (NBR 8681).

Alimentando o software com as informações necessárias chegamos as

seguintes dimensões de sapatas, como mostra a tabela 5:

PILARCARGA

(t)

LARG.SAPATAX (m)

LARG.SAPATA Y (m)

LARG.PESCOÇOX (m)

LARG.PESCOÇO Y (m)

ALTURABORDA(m)

ALTURAPESCOÇO(m)

VOLUMEDA

SAPATA(m³)

P1 13,18 0,85 1,2 0,22 0,6 0,2 0,3 0,357

P2 8,58 0,85 1 0,22 0,4 0,2 0,3 0,2975

P3 19 1 0,85 0,4 0,22 0,2 0,3 0,2975

P4 6,27 0,85 1,2 0,22 0,6 0,2 0,3 0,357

P5 11,61 0,85 1,2 0,22 0,6 0,2 0,3 0,357

P6 11,94 0,85 1 0,22 0,4 0,2 0,3 0,2975

P7 13,26 1 0,85 0,4 0,22 0,2 0,3 0,2975

P8 10,95 1 0,85 0,4 0,22 0,2 0,3 0,2975

P9 13,59 1,1 0,85 0,4 0,22 0,2 0,3 0,32725

P10 18,65 1,9 1,25 1,07 0,35 0,2 0,3 0,83125

TOTAL 3,717Tabela 5 – Dimensionamento de Sapatas (Fonte do Autor)




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7 DIMENSIONAMENTO ESTACAS ESCAVADAS

Por sua vez, para o dimensionamento da opção de fundação por

estaca escavada, foi utilizado o Método Aoki-Velloso, já mencionadoanteriormente. A partir deste método, em conjunto com o ensaio de sondagem

já apresentado, chegamos primeiramente ao quadro a seguir, que mostra a

resistência que o elemento teria em cada metro de solo, para em seguida

possamos escolher a que profundidade deve ficar cada estaca como mostra a

tabela 6:

k(Kpa) F1 F2

ø(m) Ap (m²)

U(m)

α

(%)Rp

(kN) Rl (kN) ∑Rl (kN) R (kN) Pa (kN) Pa (t)

220 3 6 0,3 0,07065 0,942 0,04 0 0 0 0 0 0

220 3 6 0,3 0,07065 0,942 0,04 72,534 19,3424 19,3424 91,8764 45,9382 4,59382

220 3 6 0,3 0,07065 0,942 0,04 93,258 24,8688 44,2112 137,4692 68,7346 6,87346

220 3 6 0,3 0,07065 0,942 0,04 103,62 27,632 71,8432 175,4632 87,7316 8,77316

220 3 6 0,3 0,07065 0,942 0,04 88,077 23,4872 95,3304 183,4074 91,7037 9,17037

600 3 6 0,3 0,07065 0,942 0,03 296,73 59,346 154,6764 451,4064 225,7032 22,57032

600 3 6 0,3 0,07065 0,942 0,03 395,64 79,128 233,8044 629,4444 314,7222 31,47222

600 3 6 0,3 0,07065 0,942 0,03 466,29 93,258 327,0624 793,3524 396,6762 39,66762

600 3 6 0,3 0,07065 0,942 0,03 536,94 107,388 434,4504 971,3904 485,6952 48,56952Tabela 6 – Capacidade de Carga a Cada Metro de Solo (Fonte do Autor)

A partir das cargas que são transferidas e a capacidade, podemos

enfim definir a profundidade de cada estaca, descritos na tabela a seguir:

PILAR CARGA (t) ø (m)PROFUNDIDADEDA ESTACA (m)

VOLUME DAESTACA (m³)

VOLUME DEBLOCOS (m³)

P1 13,18 0,3 5 0,35325 0,21

P2 8,58 0,3 4 0,2826 0,196875

P3 19 0,3 5 0,35325 0,21

P4 6,27 0,3 3 0,21195 0,21

P5 11,61 0,3 5 0,35325 0,21

P6 11,94 0,3 5 0,35325 0,196875

P7 13,26 0,3 5 0,35325 0,196875

P8 10,95 0,3 5 0,35325 0,196875

P9 13,59 0,3 5 0,35325 0,196875

P10 18,65 0,3 5 0,35325 0,333375

TOTAL 3,32055 2,15775

TOTAL GERAL 5,4783

Tabela 7 – Dimensionamento de Estacas (Fonte do Autor)




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Já o volume dos blocos, também apresentados na tabela, foi calculado

pelo software Cypecad.

8 ESTUDO DE CASO

Assim como foi proposto, vamos agora, a partir do que já desenvolvido

e acrescentando outras informações convenientes, estudar, em diversos

aspectos a viabilidade das fundações do tipo sapata isolada e estaca

escavada.

8.1 VANTAGENS E DESVANTAGENS DA FUNDAÇÃO DO TIPO SAPATA

ISOLADA

Quando se executa uma fundação por sapata isolada, são executadas

as seguintes etapas: fôrma para o rodapé, com folga de 5 cm para execução

do concreto “magro”; posicionamento das fôrmas, de acordo com a marcaçãoexecutada no gabarito de locação; preparo da superfície de apoio; colocação

da armadura; posicionamento do pilar em relação à caixa com as armações;

colocação das guias de arame, para acompanhamento da declividade das

superfícies do concreto; concretagem: a base poderá ser vibrada normalmente,

porém para o concreto inclinado deverá ser feita uma vibração manual, isto é,

sem o uso do vibrador. Vale salientar que a terceira etapa compreende a

limpeza do fundo da vala de materiais soltos, lama, o apiloamento com soquete

ou sapo mecânico e a execução do concreto “magro”, que é um lastro de

concreto com pouco cimento, com função de regularizar a superfície de apoio e

não permitir a saída da água do concreto da sapata, além de isolar a armadura

do solo. A vala deve ser executada com pelo menos 10 cm de folga a mais da

largura da sapata para permitir o trabalho dos operários dentro dela.




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Figura 5 – Execução de Sapata Isolada (Fonte: http://blog.construir.arq.br/fundacao_sapata/)

Portanto, a primeira vantagem que podemos notar nas fundações por

sapata isolada é que sua execução não requer nenhum equipamento

mecânico, não tendo o risco de se tornar inviável por não conseguir, por

exemplo, alugar um trado na região da obra, além de não agregar o custo

desse equipamento.

Porém, logicamente, quanto maior a carga transferida à sapata

dependendo do projeto ou quanto menor a capacidade de carga de acordo com

solo, maiores serão as dimensões. Uma sapata de exageradas dimensões

pode ser de execução que demande uma grande quantidade de tempo,

justamente por ser um serviço, geralmente, totalmente executado

manualmente. Do contrário, deve-se apoiar a sapata em solo mais profundo

com maior capacidade, o que também aumenta o volume de escavação e

serviços a serem executados.

Uma outra vantagem que encontramos na sapata é que temos a opçãode construirmos em divisas de lotes. A configuração da sapata deve ser

mudada e preferencialmente deve ser calculada uma viga alavanca para que a

sapata não tenha que sofrer uma alteração muito grande em sua dimensão

para compensar a mudança do seu centro de gravidade.




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Figura 6 – Sapata de divisa com viga alavanca (Fonte:

http://blog.construir.arq.br/fundacao_sapata/)

8.2 VANTAGENS E DESVANTAGENS DA FUNDAÇÃO DO TIPO ESTACAESCAVADA

A primeira vantagem que podemos observar com a estaca escavada é

que podemos comprovar durante a escavação todas as camadas atravessadas

e temos assim a possibilidade de uma segura avaliação de capacidade de

carga da estaca, mediante a coleta de amostra e seu eventual exame em

laboratório.

Um ponto a se observar é que as estacas escavadas têm condições de

resistir a cargas elevadas.

Outra vantagem é a possibilidade de se executar estacas mesmo em

presença de nível d’água, com uso de revestimento metálico.

A execução da estaca escavada inicia-se com a instalação do trado.

Uma vez instalado e nivelado o equipamento, posiciona-se a ponta do trado

sobre o piquete de locação e inicia-se a perfuração. O trado é automaticamente

esvaziado por força centrífuga. Esta operação é repetida várias vezes até seatingir a cota final estabelecida em projeto. Atingida a cota prevista em projeto




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e confirmada a característica do solo, em comparação com a sondagem mais

próxima, procede-se com a colocação da armadura e posterior concretagem da

estaca. A execução desta etapa demanda pouco tempo, porém após a

perfuração do fuste vem a parte da escavação para execução do bloco de

coroamento que geralmente é feito manualmente. Além disso, temos adesvantagem da necessidade de um equipamento mecânico que pode não ter

disponível em algumas regiões.

Figura 7 – Método executivo de estaca escavada (Fonte: http://serki.com.br/servicos/estacas-

escavadas/)

9 CONCLUSÃO

Foi feito o dimensionamento geotécnico das fundações do tipo sapata

isolada e estaca escavada para as cargas do projeto proposto pelo curso e um

determinado ensaio de sondagem fictício.

Com estes cálculos chegamos, para sapatas, a um volume de 3,717m³

de concreto para sua execução. Já para a execução da estaca observamos o

quantitativo de 3,3205m³ para seu fuste e 2,1578m³ para seus blocos, dando o

total de 5,4783m³.

Observando esses dados e como o projeto não apresenta nenhum

fator que impeça a execução de nenhum dos dois métodos de fundação,

podemos concluir que em função da economia a fundação do tipo sapata

isolada é mais viável, diante do fundamento que teríamos o volume de concreto

para execução 32,15% menor do que para execução da fundação do tipo

estaca escavada.




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Porém, este resultado favorável a fundação do tipo sapata isolada não

significa que, de uma forma generalizada, vamos optar por essa metodologia

sempre que possível. Além dos fatores limitantes que já apresentamos no

tópico anterior, podemos ter resultados contrários aos que encontramos neste

trabalho, dependendo das cargas transmitidas pela estrutura e pela capacidadedo solo comprovadas pelo laudo do ensaio (SPT).

Portando, independentemente do resultado apresentado ou qualquer

outro, é sempre importante que sejam analisadas todas as possibilidades antes

de se escolher qual o tipo de fundação usar. Vários são os fatores que podem

variar a viabilidade de um projeto, não somente o fator econômico, que

geralmente é o que está em maior evidência, mas também, vários fatores

técnicos que são os que realmente influenciam na qualidade e segurança da

edificação.

BIBLIOGRAFIA

NBR 6122/1996

CARLOS A. CINTRA, José; AOKI, Nelson. Fundações por Estacas: Projeto

Geotécnico. 1. Ed. Cidade: São Paulo (SP). Oficina de Textos, 2010. 96p.

CARLOS A. CINTRA, José; AOKI, Nelson; HENRIQUE ALBIERO, José.

Fundações por Diretas: Projeto Geotécnico. 1. Ed. Cidade: São Paulo (SP).

Oficina de Textos, 2011. 96p.

Estudo de Caso Comparando a Fundação Mais Viável Entre Estaca e Sapatas Para Projeto Modelo...

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