FACULDADE DE TECNOLOGIA E CIÊNCIAS FTC- ITABUNA

Prof. EGBERTO MELGAÇO FERREIRA Fonte: Materiais diversos, como livros, sites e catálogos técnicos indicados nas referências.

FUNDAÇÕES E OBRAS DE TERRA

Fundações

“É verdade que experiência em fundações não se transfere,

mesmo que se queira, mas adquiri-se na vida prática pela

vivência. Também é importante se ter bons mestres como tudo na

vida”.

Eng. Ferdinando Ruzzante N

Introdução

As cargas de uma estrutura são transferidas para o solo

através de uma fundação. Assim podemos dizer que fundação é

uma estrutura, normalmente construída em concreto armado,

simples , aço ou madeira.

As fundações devem ter resistência adequada para suportar às

tensões causadas pelos esforços solicitantes. Além disso, o solo

necessita de resistência e rigidez apropriadas para não sofrer

ruptura e não apresentar deformações exageradas ou

diferenciais.

Os recalques devem estar dentro dos limites toleráveis em

norma.

1- Investigações geotécnicas

geológicas e observações locais

Devemos fazer sondagens de simples reconhecimento

(sondagem à percussão), mas dependendo do porte da

obra ou se as informações obtidas não forem satisfatórias,

outros tipos de pesquisas serão executados (por exemplo,

poços exploratórios, ensaio de penetração contínua,

ensaio de palheta).

Características como: número de pontos de sondagem,

seu posicionamento no terreno (levando-se em conta a

posição relativa do edifício) e a profundidade a ser atingida

são determinadas por profissional capacitado, baseado em

normas brasileiras e na sua experiência (BRITO,1987).

1.1 Sondagens de reconhecimento(SPT)

2 – Tipos de Fundações

2.1 Fundação superficial (ou rasa ou direta)

Elementos de fundação em que a carga é transmitida ao

terreno, predominantemente pelas pressões distribuídas

sob a base da fundação, e em que a profundidade de

assentamento em relação ao terreno adjacente é inferior a

duas vezes a menor dimensão da fundação. Incluem-se

neste tipo de fundação as sapatas, os blocos, os radier, as

sapatas associadas, as vigas de fundação e as sapatas

corridas.

2.2 Sapata

Elemento de fundação superficial de concreto armado,

dimensionado de modo que as tensões de tração nele

produzidas não sejam resistidas pelo concreto, mas sim

pelo emprego da armadura. Pode possuir espessura

constante ou variável, sendo sua base em planta

normalmente quadrada, retangular ou trapezoidal.

2.3 Bloco

Elemento de fundação superficial de concreto,

dimensionado de modo que as tensões de tração nele

produzidas possam ser resistidas pelo concreto, sem

necessidade de armadura. Pode ter suas faces verticais,

inclinadas ou escalonadas e apresentar normalmente em

planta seção quadrada ou retangular.

2.4 Radier

Elemento de fundação superficial que abrange todos os

pilares da obra ou carregamentos distribuídos. Os radiers

são elementos contínuos que podem ser executados em

concreto armado, protendido ou em concreto reforçado

com fibras de aço.

Sapata comum a vários pilares, cujos centros, em planta,

não estejam situados em um mesmo alinhamento.

2.5 Sapata associada (ou radier parcial)

2.6 Viga de fundação

Elemento de fundação superficial comum a vários pilares,

cujos centros, em planta, estejam situados no mesmo

alinhamento.

Sapata comum a vários pilares, cujos centros, em planta,

não estejam situados em um mesmo alinhamento

2.7 Sapata corrida

2.8 Fundação profunda

Elemento de fundação que transmite a carga ao terreno

pela base (resistência de ponta), por sua superfície lateral

(resistência de fuste) ou por uma combinação das duas, e

que está assente em profundidade superior ao dobro de

sua menor dimensão em planta, e no mínimo 3 m, salvo

justificativa. Neste tipo de fundação incluem-se as estacas,

os tubulões e os caixões.

Nota: Não existe uma distinção nítida entre o que se

chama estaca, tubulão e caixão. Procurou-se nesta Norma

seguir o atual consenso brasileiro a respeito.

NBR 6122

2.9 Estaca Elemento de fundação profunda executado inteiramente

por equipamentos ou ferramentas, sem que, em qualquer

fase de sua execução, haja descida de operário. Os

materiais empregados podem ser: madeira, aço, concreto

pré-moldado, concreto moldado in situ ou mistos.

2.10 Estaca tipo broca

Tipo de fundação profunda executada por perfuração com

trado e posterior concretagem.

2.11 Estaca apiloada

Tipo de fundação profunda executada por perfuração com

o emprego de soquete. Nesta Norma, este tipo de estaca é

tratado também como estaca tipo broca.

Nota: Tanto a estaca apiloada como a estaca escavada,

com injeção, incluem-se em um tipo especial de estacas

que não são cravadas nem totalmente escavadas.

2.12 Estaca tipo Strauss

Tipo de fundação profunda executada por perfuração

através de balde sonda (piteira), com uso parcial ou total

de revestimento recuperável e posterior concretagem.

2.13 Estaca tipo Franki

A Estaca Franki é uma estaca moldada no solo em

concreto armado. Um tubo metálico com ‘ponta fechada’

por meio de ‘bucha seca’ é cravado dinamicamente no

local de execução e é recuperado simultaneamente à

concretagem da estaca.

2.13 Estaca tipo Franki

2.14 Estaca "hélice contínua" Tipo de fundação profunda constituída por concreto, moldada in loco e executada por meio de trado helicoidal contínuo e injeção de concreto pela própria haste do trado.

2.15 Cota de arrasamento

Nível em que deve ser deixado o topo da estaca ou

tubulão, demolindo-se o excesso ou completando-o, se for

o caso. Deve ser definido de modo a deixar que a estaca e

sua armadura penetrem no bloco com um comprimento

que garanta a transferência de esforços do bloco à estaca.

Elemento de fundação profunda, cilíndrico, em que, pelo

menos na sua etapa final, há descida de operário. Pode

ser feito a céu aberto ou sob ar comprimido (pneumático) e

ter ou não base alargada. Pode ser executado com ou sem

revestimento, podendo este ser de aço ou de concreto.

No caso de revestimento de aço (camisa metálica), este

poderá ser perdido ou recuperado.

2.16 Tubulão

2.17 Tubulão a céu aberto

2.18 Tubulão a ar comprimido

3 Pressão admissível de uma fundação

superficial

Tensão aplicada por uma fundação superficial ao terreno,

provocando apenas recalques que a construção pode

suportar sem inconvenientes e oferecendo,

simultaneamente, segurança satisfatória contra a ruptura

ou o escoamento do solo ou do elemento estrutural de

fundação.

3.1 Carga admissível sobre uma estaca ou

tubulão isolado

Força aplicada sobre a estaca ou o tubulão isolado,

provocando apenas recalques que a construção pode

suportar sem inconvenientes e oferecendo,

simultaneamente, segurança satisfatória contra a ruptura

ou o escoamento do solo ou do elemento de fundação.

Nota: As definições de 3 e 3.1 esclarecem que as

pressões e as cargas admissíveis dependem da

sensibilidade da construção projetada aos recalques,

especialmente aos recalques diferenciais específicos, os

quais, de ordinário, são os que podem prejudicar sua

estabilidade ou funcionalidade.

4 Recalque

Movimento vertical descendente de um elemento

estrutural. Quando o movimento for ascendente,

denomina-se levantamento. Convenciona-se representar o

recalque com o sinal positivo.

4.1 Recalque diferencial específico

Relação entre as diferenças dos recalques de dois apoios

e a distância entre eles.

5 Fundação sobre rocha

Para a fixação da pressão admissível de qualquer

fundação sobre rocha, deve-se levar em conta a

continuidade desta, sua inclinação e a influência da atitude

da rocha sobre a estabilidade. Pode-se assentar fundação

sobre rocha de superfície inclinada desde que se prepare,

se necessário, esta superfície (por exemplo:

chumbamentos, escalonamento em superfícies

horizontais), de modo a evitar deslizamento da fundação.

6 Pressões básicas (σo)

c) Para rochas alteradas ou em decomposição, têm que ser levados em conta a

natureza da rocha matriz e o grau de decomposição ou alteração.

7 Dimensão mínima

Em planta, as sapatas ou os blocos não devem ter

dimensão inferior a 80 cm sapata isola e 60 cm sapata

corrida.

7.1 Profundidade mínima

A base de uma fundação deve ser assente a uma

profundidade tal que garanta que o solo de apoio não seja

influenciado pelos agentes atmosféricos e fluxos d’água.

Nas divisas com terrenos vizinhos, salvo quando a

fundação for assente sobre rocha, tal profundidade não

deve ser inferior a 1,5 m.

7.2 Lastro Em fundações que não se apoiam sobre rocha, deve-se

executar anteriormente à sua execução uma camada de

concreto simples de regularização de no mínimo 5 cm de

espessura, ocupando toda a área da cava da fundação.

7.3 Fundações em cotas diferentes

No caso de fundações próximas, porém situadas em cotas

diferentes, a reta de maior declive que passa pelos seus

bordos deve fazer, com a vertical, um ângulo α como

mostrado na Figura 5, com os seguintes valores:

a) solos pouco resistentes: α ≥ 60°;

b) solos resistentes: α = 45°;

c) rochas: α = 30°.

7.4 Fundações em cotas diferentes

A fundação situada em cota mais baixa deve ser

executada em primeiro lugar, a não ser que se tomem

cuidados especiais.

Fundações próximas, mas em cotas diferentes

8 Atrito lateral

O atrito lateral é considerado positivo no trecho do fuste da

estaca ou tubulão ao longo do qual o elemento de

fundação tende a recalcar mais que o terreno circundante.

O atrito lateral é considerado negativo no trecho em que o

recalque do solo é maior que o da estaca ou tubulão. Este

fenômeno ocorre no caso de o solo estar em processo de

adensamento, provocado pelo peso próprio ou por

sobrecargas lançadas na superfície, rebaixamento de

lençol d’água, amolgamento decorrente de execução de

estaqueamento, etc.

8.1 Estaca por atrito

São estacas que não chegam com sua ponta na

camada de solo impenetrável, ou o solo mais

resistente.

8.2 Estaca de suporte

São estacas que sua ponta chegam na camada de solo

impenetrável, e ou penetram no solo mais resistente,

transferindo parte de sua carga a ele.

9 Execução

9.1 Sapata isolada Normalmente usada em solos com uma boa resistência mecânica, sem ligação com outra sapata, dimensionada em função do carregamento de um único pilar.

Sua forma geralmente é em pirâmide ou tronco e ligadas entre se por cintas ou vigas baldrame.

Sob as sapatas devemos colocar uma camada de concreto magro, com a finalidade de isolar o fundo da sapata, reduzindo-se a perda de água do concreto da fundação, sapata ou radier.

9.2 Sapata corrida em concreto

São executadas em terrenos com uma boa resistência, de

edificações médias e pequenas, com paredes com função

estrutural.

Em terrenos inclinados devemos manter a sapata em nível

horizontal, escalonando-a para distribuir as tensões a esse

plano.

9.3 Estacas

9.3.1 Nega de uma estaca é igual a média do comprimento

cravado dos últimos 10 golpes do bate estacas.

Altura de queda do martelo :

Ideal – 1,5 a 2,0m

Abaixo – falsa nega

Acima quebra da estaca

9.3.2 Arrasamento da estaca

• Após a cravação da estaca, de acordo projeto, procede-

se o corte da sobra da cabeça da estaca.

10 Bloco de fundação ou bloco de estaca

Nas fundações profunda a transmissão da carga dos

pilares é feita através de blocos rígidos de concreto

armado sobre as estacas.

10.1 Formas e dimensões dos blocos

Os blocos de coroamento das estacas dependem da forma

e das dimensões dos pilares, assim como do números de

estacas e sua distribuição sob o pilar.

11 Noções básicas de mecânica dos solos

Os solos tem sua origem das rochas, onde sofreram

variações mecânicas, físicas e químicas, gerando grãos com

tamanhos muito pequenos, com isso formando diversas

características de solos.

O diâmetro dos grãos de argila é inferior a 0,002 mm, e

chega a diâmetros da ordem de 10 angstrom(0,000001 mm).

O silte tem diâmetro acima de 0,002 mm, até 0,075 mm.

Devemos diferenciar o silte da argila fazendo um teste, que

consiste em pegarmos uma porção de solo e moldar-se com

facilidade sem que ele se desagregue, podemos afirmar que

o solo é uma argila. Caso contrário se trata de um silte.

11.1 Noções básicas de mecânica dos solos

Outra forma de se diferenciar argila do silte, é que a argila

ao ser queimada dando origem a cerâmica, sem fissuras e

trincas, já com o silte ao ser queimado apresentará trincas.

11.2 Areia

De fácil identificação visual, seus grãos são geralmente

grandes, a partir de 0,075 mm até 2,00 mm.

11.3 Pedregulho

De fácil identificação visual seu diâmetro é de 2,00 mm até

5,00 cm.

12 Origem dos solos

Dependem das rochas que as originou.

O quartzo é um material bastante resistente à

decomposição, dando origem ao silte e as areias.

O feldspatos são responsáveis pela formação das argilas,

por ser um material que se desagrega com mais facilidade.

As argilas apresentam-se com várias composições

químicas, sendo assim diferentes comportamentos,

absorvendo mais ou menos água.

13 Identificação táctil - visual

14 Seleção técnica de solos

15 Patologias nas fundações

Acidentes que envolvem as obras em solo invariavelmente

são de grandes proporções e muitas vezes levam à ruína

total das edificações que estão implantadas no local.

Destacam-se as patologias em edificações ocupados por

pessoas tais como edifícios residenciais ou comerciais pois

eles normalmente causam maiores traumas devido ao seu

uso e exposição ao público.

A recuperação dessas patologias resultam em custos de

elevados, pois além dos valores diretos da recuperação da

edificação tais como como reforços da estrutura e

fundações, existem os custos indiretos decorrentes das

ações judiciais por parte dos proprietários dos imóveis,

necessidade de interdição e desocupação dos imóveis

com consequente acomodação dos moradores das

edificações envolvidas em hotéis, etc.

15.1 Ruptura de edifício na China

15.2 Ruptura de muro de arrimo

15.3 Empuxo não previsto na fundação

15.4 Ruptura das estacas de silo de grãos

15.5 Ruptura das fundações

15.6 Estaca pré-moldada rompida

15.7 Desconfinamento de fundação vizinho

16 Causas de patologias nas fundações

As patologias causadas por fundações são ocasionadas

por recalques e/ou ruptura dessas estruturas enterradas

que recebem as cargas da superestrutura e as transmitem

para o solo. As causas dos recalques podem ser a

deficiência na interação solo / estrutura e/ou deformações

do solo de apoio devido ao acréscimo de tensões

provocados pela edificação ou elementos exteriores.

Algumas trincas na estrutura e desaprumos são sinais

característicos de recalques nas fundações tais como:

16.1 Recalque do pilar central

16.1 Recalque dos pilares de canto

16.2 Recalque de um único pilar

17 Investigação deficiente do subsolo

1) Ausência de investigações do subsolo (sondagem tipo

SPT, sondagem a trado, poço de prova, etc) que identifique

as características do solo onde serão implantadas as

fundações (granulometria, resistência, lençol freático).

2) Quantidade de sondagens ou ensaios insuficientes

induzindo a generalização das soluções de fundações

quando na realidade existe variação do tipo de solos.

17.1 Investigação deficiente do subsolo

3) Erros na execução das investigações tais como:

Nas sondagens tipo SPT: peso e altura de queda não

padronizado, uso de amostrador não padronizado, uso de

perfuração com lavagem sem necessidade, erro na

interpretação dos dados de campo

• Classificação táctil visual deficiente induzindo a adoção

de parâmetros de solos errados.

• Erro na determinação do nível do lençol freático,

• Má fé por parte do executor da sondagem que, por

exemplo, aumenta o comprimento das perfurações, etc.

17.1 Camada orgânica não detectada na

sondagem

17.2 Vazios não interceptados nas sondagens

18 Deficiência nos projetos

1) Interpretação errada das sondagens e ensaios

complementares devido a erro na execução ou na adoção

dos parâmetros de resistência do solo errados.

2) Escolha inadequada da solução técnica do tipo de

fundações gerando problemas executivos (comprimento de

estacas insuficientes, etc.).

3) Dimensionamento errado das fundações no que se

refere à capacidade de carga dos elementos projetados,

falta de análise dos recalques e projeto estrutural das

fundações deficiente.

18.1 Deficiência nos projetos

4) Detalhamento deficiente do projeto de fundações

gerando dúvidas e erros na execução devido à falta de:

• Capacidade de carga adotada nos elementos de

fundações (cargas e tensões admissíveis).

• Previsão das cotas de ponta das fundações.

• Especificações dos materiais a serem utilizados no que

se refere a bitolas, comprimento, resistência à

compressão, tração e flexo-compressão.

• Especificações técnicas e construtivas incluindo etapas

executivas de cada fase da obra.

• Elementos de referência tais como planta de carga,

sondagens, etc.

18.2 Deficiência no acompanhamento da obra

5) Acompanhamento técnico da execução da obra

deficiente devido a :

• Falta de engenheiro de solos acompanhando e

adequando as fundações às condições locais.

• Falta de controle de qualidade na execução das

fundações. Retiradas de negas das estacas e ensaios de

prova de carga dinâmico e/ou estático.

• Falta de controle de qualidade dos materiais, a exemplo

dos ensaios de resistência do concreto e aço.

• Falta de controle geométrico (excentricidade,

profundidade, bitola e desaprumo).

• Falta do as built final das fundações para análise de

eventual patologia, caso haja necessidade.

19 FUNDAÇÃO DIRETA OU SUPERFICIAL

19.1 Critério para escolha

• Análise técnica e econômica das várias alternativas

• Verificar edificações vizinhas à obra

• Sondagem de reconhecimento do subsolo (SPT)

• Mão de obra para execução da fundação escolhida

19.1 Resistência do solo em função do SPT

• Algumas fórmulas empíricas de correlação com o SPT.

Porém a fórmula acima não leva em consideração o tipo

de solo. Já estas abaixo considera o solo.

20 Tabela de resistência do solo pelo (IPT)

21 Tensão admissível

• Podemos expressar a tensão admissível do solo e o

SPT pela fórmula:

média aritmética dos SPTs na base da

sapata e final do bulbo de pressão.

2,0 B ≤ L ≤3,0B

L – profundidade do bulbo de pressão

B – menor dimensão da sapata

22 SPT médio no bulbo de pressão

23 Sapata isolada

• Na prática quando o número do SPT for igual ou

superior a 8 golpes, e a fundação for assentada no

máximo a 2 m de profundidade. Abaixo temos dois perfis

de sondagens para análise.

24 Bulbo de tensão

• Para que o critério do SPT ≥ 8 seja válido, é

necessário que os números dos golpes do SPT

dentro do bulbo de tensões sejam iguais ou

maiores que N 8.

25 Correlação entre SPT com as características

dos solos - argilas.

26 Correlação entre SPT com as características dos solos - areias.

27 Tabela de solo e sua denominação

28 Exemplo de sapata isolada

1°) Dimensionar uma fundação para o pilar com as características abaixo:

• P = 97 Tf

• Seção do pilar (20x40) cm

• Concreto Fck = 250 Mpa = 250 Kgf./ cm²

• Sondagem: silte arenoso com pedregulhos, cor variegada, na cota de 1,5 m e com SPT (N = 8)

• Na cota de 2,0 m Alteração de rocha, muito compacta, cor variegada.

• Na cota de 2,20 m impenetrável a percussão por número de golpes

28.1 Dimensionamento de sapata isolada

• Utilizando-se fórmulas empíricas para determinar a

tensão admissível do solo como:

σ adm= √8- 1 = 1,8 Kgf./ cm² ou

σ adm= N/5

σ adm= 8/5 =1,6 Kgf./ cm²

28.2 Utilizando tabelas

• Silte arenoso:SPT 5 a 8; taxa do solo de 1,0 a 2,0 Kgf./ cm²

• Variação dos golpes: 8 – 5= 3

• Variação da resistência: 2,0 – 1,0= 1,0 Kgf./ cm²

• No intervalo, cada golpe: 1/3 = 0,33 Kgf. / cm²

• Assim, para N=8

• σ adm= 1 + 3 x 0,33 = 2,0 Kgf. / cm²

• A área da sapata projetada deve ser maior ou igual á relação

da carga do pilar(N) e a tensão admissível (σs)

28.3 Dimensionamento

• Ssap = (97 000 )/1,5=64 666,67 cm²

• Pilar : a = 20 cm; b = 40 cm

• B = 30 + 254,49 = 284,49 cm , adoto: 285 cm

• A = Ssap / B = 64 666,67/ 285 = 226,90 cm

• h= 30% do lado maior

• h= 0,30 x 285 = 85,5 cm

• Para não haver punção, a tensão de cisalhamento deve ser

inferior a:

B= 𝑏−𝑎

2+

𝑏−𝑎 2

4+ Ssap

B= 40−20

2+

40−20 2

4+ 64666,67