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Geotecnia e Fundações, Arquitectura

Capítulo 5 (Cap. 6 Teoria)

FUNDAÇÕES

1. Tipos de Fundações

Fundações superficais D/B<4

B

D

Sapata isolada

Sapata corrida

Sapata de um muro de suporte ou de uma

parede de betão armado


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Fundações profundas D/B≥10

Pilar estaca

Conjunto de estacas

Conjunto de estacas


As fundações profundas designam-se por estacas. Hádois tipos de estacas:


Esta classificação é feita de acordo com o processo construtivo.

• Cravadas (estacas pré-fabricadas)• Moldadas (estacas construídas no terreno)

O processo construtivo exige equipamentos e tecnologias adequadas aos tipos de terrenos a atravessar para atingir a profundidade de fundação e ao tipo de estaca.

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Alguns exemplos de processos construtivos de estacas

• Estacas cravadas (estacas pré-fabricadas)


• Moldadas (estacas construídas no terreno)

Trado contínuo oco (CFA – Continuous Flight Auger)

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Estacas secantes

Aspecto da parede depois da escavação

Primeiras estacas a ser construídas,

sem armadura

Segundas estacas a ser construídas, já com armadura

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A outra alternativa para classificar estacas tem a ver com o volume de solo que é deslocado durante o processo construtivo:

• Grandes deslocamentos:- estacas cravadas de betão armado, de madeira, de perfis de aço com grande secção, etc.-Estacas moldadas com tubo moldador obturado na ponta.

• Pequenos deslocamentos: -Estacas cravadas de perfis de aço com secção em H.-Tubos moldadores ou cravados sem estarem obturados na ponta.-Estacas construídas com recurso a trado.

As fundações das estruturas transmitem esforços ao terreno. Estes esforços dependem da força aplicada ao elemento estrutural, da geometria da fundação e do comportamento do solo.

Fundação superficial Fundação profunda


2. Distribuição de tensões nos solos

Resistência lateral

Resistência de ponta

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a) Fundações superficiais

Degradação da tensão em profundidade (bolbo de pressões)

q= FA

Tensões decrescentes em profundidade

σz=q Iσ

z

q – carregamento transmitido pela fundação

σz - tensão vertical no terreno à profundidade z sob o centro da sapata

Iσ - factor de influência que dependa da geometria da fundação e do carregamento

x

σ(x,y,z)


O estado de tensão é afectado segundo as duas direcções do plano horizontal a uma dada profundidade

q= FA

z

B


C

Para o ponto C, com coordenadas (x, y, z)

L=∞ z

B

C

L=∞

B/2

σz

σx

β

α

( )βααπ

σ 2cossin+=q

z

( )βααπ

σ 2cossin−=q

x

βαπ

τ 2sinsinq

xz =

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Cálculo numérico: sapata rectangular infinita

q= FA

Tensões decrescentes em profundidade

σz=q Iσ

z

x

σ(x,y,z)


q=10kN/m2

B=6m

Solução analítica

• Sapatas rectangulares de dimensão BxL

• Sapatas circulares de diâmetro D=2R

σz=q Iσ

2

3

2

1

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+

−=

z

R

Iσ

q= FA

z

D=2R


Para sapatas circulares com

B=D=2R

Para sapatas rectangulares: ábacos

das folhas teóricas

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Simplificadamente, pode-se considerar uma distribuição linear em profundidade:

q= FA

z

2

1

σz=FAz

A=BxL

Az=BzxLz

Bolbo de tensões aproximado

q= FA

Bolbo de tensões real

σz=q Iσ

z


σz=q IσExemplo: Problema 10Considere uma sapata circular com 3m diâmetro que transmite o carregamento de 90kPa. Calcule a tensão transmitida ao terreno sob o centro da sapata para as profundidades indicadas:

0,50

σz (kPa) aprox.(2V:1H)

0,25

1,00

5,00

0,80

0,00

σz (kPa) z(m)


90 90

86,4 76,7

82,0 66,1

68,1 56,1

58,2 50,6

5,1 12,7

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b) Fundações profundas


Considera-se que distribuição de tensões ao terreno é feita gradualmente entre o contacto entre a parede da estaca e o solo e, finalmente, na ponta da estaca.

No entanto, a forma como esta distribuição é feita depende de inúmeros factores entre os quais o processo construtivo e o tipo de solo é o mais importante.

Em qualquer dos casos considera-se que a secção da estaca está bem construída (secção constante em profundidade, estaca vertical, sem estar interrompida ou sem ocos no caso de ser de betão, etc).

No processo de dimensionamento de fundações tem que se assegurar

resistência necessária do terreno

assentamentos compatíveis com a estrutura.

A resistência mobilizada no terreno depende da geometria da fundação pois está associada àdistribuição de tensões em profundidade.


3. Dimensionamento de Fundações

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a) Fundações superficais


Em pré-dimensionamento de fundações tem que se garantir que a tensão transmitida ao terreno, σ émenor do que a capacidade resistente do terreno σR:

q=σ≤σR=qadm

É a tensão aplicada ao terreno pelo carregamento. Nas fundações superficiais esta é máxima à superfície, ou seja, no contacto entre a fundação e o solo

• Cálculo de σ:

a.1) Pré-dimensionamento


O cálculo da capacidade resistente do terreno érelativamente complexo pois envolve a noção do terreno mobilizado (bolbo de tensões real, que depende da geometria da fundação e do modelo de comportamento adoptado para o solo), da geometria da superfície de rotura e da deformação.

• Cálculo de σR:

Apesar de o valor de σR depender da geometria da fundação, em pré-dimensionamento e de uma forma muito simplificada, podem usar-se valores pré-estabelecidos para alguns tipos de solos (ver quadro):

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Pré-dimensionamento de fundações superficiais


Argila muito mole e silte

< 75Argila mole e silte

75 – 150Argila média

150 – 300Argila dura

Susceptibilidade a assentamentos a longo prazo por

consolidação.

300 – 600Argila muito rija com pedras ou argila dura

Solos finos

< 100Areia solta

100 – 300Areia com compacidade média

> 300Areia compacta

< 200Cascalho solto ou areia ou cascalho solta

200 - 600Cascalho com compacidade média ou areias e cascalho de compacidade média

A largura (B) da fundação não é inferior a 1 metro.

A água encontra-se a profundidade não inferior a B,

medida a partir da base da sapata.

> 600Cascalho compacto ou areia e cascalho compacta

Solos granulares

Solos

1000Rochas fragmentadas de qualquer espécie (excepto rochas argilosas) com espaçamento entre juntas

menor que 0,3m

500Argilitos xistosos e outras rochas argilosas, com resistência baixa a média

1000 - 4000Rochas sedimentares em estado são, com resistência média a alta (argilitos, siltitos, arenitos, calcários

não cavernosos)

3000Rochas metamórficas foliadas em estado são, com resistência média a alta (xisto, ardósia)

10000Rochas maciças, em estado são, com resistência alta a muito alta, ígneas e metamórficas

(granito, diorito, basalto, gneiss)

Rochas

Observaçõesqa (kN/m2)Tipo de terreno


Na fase de dimensionamento tem que se fazer o cálculo da capacidade resistente (qR) considerando a geometria da fundação e as características do terreno da zona de implantação da obra.

No cálculo recorre-se a uma teoria da capacidade resistente de fundações que admite uma dada superfície de rotura.

a.2) Capacidade resistente de fundações

q=σ≤σR=qR

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Condições Drenadas

σR= q’R =1/2 γ* BNγ + c’ Nc+ q’ Nq

Termo de profundidade

Termo de coesão

Termo de superfície

Nγ , Nc e Nq

São os factores de capacidade resistente

Dependem de:•Características resistentes do terreno, c’ e φ’

•Largura da sapata, B

•Peso volúmico do solo de fundação

•Profundidade da base da sapata

Esta expressão pode ser corrigida para ter em conta uma sapata finita, excentricidade e inclinação do carregamento, inclinação da base da sapata, etc

q=F/A

45º-φ’/2

45º+φ’/2

Rotura de uma fundação superficial

Sapata semi-infinita


b) Fundações profundas

Há uma grande incerteza na forma como a resistência émobilizada numa estaca pois depende do processo construtivo e das características dos terrenos atravessados.

O processo construtivo pode alterar significativamente o terreno adensando-o ou remexendo-o.

Para além disso, a qualidade da estaca também afecta significativamente a sua capacidade resistente.

A resistência pode ser estimada analiticamente ou através de ensaios. Recomenda-se a realização de ensaios sempre que a importância da obra o justifique.

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b.1) Cálculo analítico

R=RP+RL

Quando a estaca é carregada à compressão tem tendência para se deslocar na direcção vertical e com sentido descendente. Neste movimento mobiliza a resistência do solo no contacto lateral, RL, e a resistência do solo que está na ponta, RP. A resistência total R é a soma das duas componentes:

As duas componentes são calculadas com base nas características resistentes do terreno e das áreas de contacto entre a estaca e o terreno. Podem ser corrigidas para ter em conta o processo construtivo.


b.2) Ensaios de carga

Um ensaio de carga consiste na medição da capacidade resistente de uma estaca no terreno.

Podem-se fazer ensaios de carga estáticos ou dinâmicos.

Os ensaios de carga mais fiáveis são os ensaios estáticos. Consistem na aplicação de uma força na cabeça da estaca com medição dos deslocamentos.

F (kN)

Deslocamento vertical (mm)

Assentamento máximo

admissível

Resistência

O valor do assentamento máximo admissível

depende da importância da obra. Geralmente

adopta-se 10% do diâmetro da estaca

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