I Sobre o Projeto de Fundações

8/18/2019 I Sobre o Projeto de Fundações

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Notas de aula

Departamento de Engenharia

Disciplina: Fundações

Prof. Marco Túlio P. de Campos

Goiânia, fevereiro de 2016.


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Prof . Marco Tú l io - 01 /2016

Notas de Aula de Fundações - 1

CAPÍTULO I

SOBRE O PROJETO DE FUNDAÇÕES

1.1

FUNDAÇÃO

Elemento de ligação entre a superestrutura e o solo.

Parte de uma estrutura que transmite ao terreno subjacente seu próprio peso, o peso da superestrutura e qualquer outra força que atue sobre ela.

1.2 FUNÇÃO DA FUNDAÇÃO

Suportar as cargas que atuam sobre ela e distribuí-las de maneira satisfatória eeconômica sobre as superfícies de contato com o solo sobre o qual se apoia.

1.3

DADOS PARA PROJETO

Os dados mínimos para execução de um proj eto de fundações para qualquer

tipo de obra são:

Planta de locação e carga nos pilares. Conhecimento das características do subsolo

1.4 ELEMENTOS NECESSÁRIOS AO PROJETO

Os elementos necessários para o desenvolvimento de um projeto de

fundações são:

1)

Topografia da área

Levantamento topográfico (planialtimétrico);

Dados sobre taludes e encostas no terreno (ou que possam atingir oterreno);

Dados sobre erosões (ou evoluções preocupantes na geomorfologia).

2) Dados geológico-geotécnicos

Investigações do subsolo (às vezes em duas etapas: preliminar ecomplementar);


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Outros dados geológicos e geotécnicos (mapas, fotos aéreas elevantamentos aerofotogramétricos, artigos sobre experiências anterioresna área,etc).

3)

Dados da estrutura a construir Tipo e uso que terá a nova obra;

Sistema estrutural (hiperestaticidade, flexibilidade, etc);

Sistema construtivo (convencional ou pré-moldado);

Cargas (ações nas fundações).

4) Dados sobre construções vizinhas

Número de pavimentos, carga média por pavimento;

Tipo de estrutura e fundações;

Desempenho das fundações;

Existência de subsolo;

Possíveis conseqüências de escavações e vibrações provocadas pela novaobra.

1.5 REQUISITOS PARA EXECUÇÃO DE UMA FUNDAÇÃO

As cargas da estrutura devem ser transmitidas às camadas de terreno capazes desuportá-las sem ruptura;

As deformações das camadas do solo subjacentes às fundações devem sercompatíveis com as suportáveis pela superestrutura;

A fundação deve ser colocada à uma profundidade adequada para prevenir aexpulsão lateral do solo existente sob a fundação (particularmente sapatas eradiers), ou sofrer qualquer dano devido à uma possível construção vizinha;

A execução das fundações não deve causar danos às estruturas vizinhas;

As fundações deverão ser seguras quanto ao tombamento e deslizamento;

O tipo de fundação escolhido e o seu método de instalação devem sereconômicos.


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Figura 1.1 Requisitos de um Projeto de Fundações(a) Deformações excessivas, (b) colapso do solo, (c) tombamento, (d) deslizamento e

(e) colapso estrutural , resultado de projetos deficientes

Figura 1.2 Deformações causadas por recalques diferenciais devido ao uso de

tipos de fundações diferentes e falta de junta de dilatação.


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Figura 1.3 Recalque por inclinação de edifício em Ubatuba

Figura 1.4 Recalque por inclinação em edifício de Santos


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Figura 1.5 Ruptura de solo colapsível inundado sob carregamento .

Figura 1.6 Sobrecarga no solo devido à superposição das áreas deinf luênc ia dos edi f íc ios


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Figura 1.7 Recalque devido a porções de solo mais fracos nãoidentificados nas sondagens

Figura 1.8 Vazio formado pelo intemperismo e posterior ruptura dacamada superior em zona cárst ica.


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1.6 ESTADOS LIMITES

O projeto deve assegurar que as fundações apresentem segurança quanto

aos:

a)

estado limite último – ELU (associados ao colapso parcial ou total da obra);

b) estado limite de serviço – ELS (quando ocorrem deformações, fissuras, etc. quecomprometem o uso da obra);

1.6.1 VERIFICAÇÃO DOS ESTADOS LIMITES ÚLTIMOS (ELU)

Os estados limites últimos representam os mecanismos que conduzem ao

colapso da fundação:

a)

perda de estabilidade global; b) ruptura por esgotamento da capacidade de carga do terreno;

c) ruptura por deslizamento;

d) ruptura estrutural em decorrência de movimentos das fundação;

e) arrancamento ou insuficiência de resistência por tração;

f) ruptura do terreno decorrente de carregamentos transversais.

1.6.2 VERIFICAÇÃO DOS ESTADOS LIMITES DE SERVIÇO (ELS)

A verificação dos estados limites de serviço em relação ao solo de

fundação ou ao elemento estrutural de fundação deve atender a:

Ek ≤ C

Onde:

Ek = valor do efeito das ações (por exemplo recalque estimado), calculadoconsiderando-se os parâmetros característicos e ações características;

C = valor limite de serviço (admissível) do efeito das ações (por exemplo, recalqueaceitável).

O valor limite de serviço para uma determinada deformação é o valor

correspondente ao comportamento que cause problemas como, por exemplo, trin cas

inaceitáveis, vibrações ou comprometimentos à funcionalidade plena da obra.


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1.7 TIPOS DE FUNDAÇÕES

As fundações são usualmente separadas em dois grandes grupos, asfundações superficiais e fundações profundas, devido ao fato de possuírem

superfícies de ruptura diferentes, que são função da profundidade, como mostradoabaixo.

Figura 1.9 Tipos de fundações: superficial e profunda

A distinção entre esses dois tipos é feita segundo o critério (arbitrário) de

que uma fundação profunda é aquela cujo mecanismo de ruptura de base não

surgisse na superfície do terreno. Como os mecanismos de ruptura de base

atingem, acima dela, tipicamente duas vezes sua menor dimensão, a norma NBR

6122 determinou que fundações profundas são aquelas que possuem sua ponta ou

base assentes em profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão em

planta, e no mínimo 3,0m de profundidade.

Fundação Superficial (D f 2B) – transmite a carga ao solo somente através

de pressões distribuídas sob sua base.

– Sapata – Bloco de fundação

– Radier

Fundação Profunda (D f 2B) – transmite a carga ao solo por sua superfície

lateral (resistência de atrito do fuste) ou pela base (resistência de ponta) ou por

combinação das duas.

– Estaca

– Tubulão


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1.8 TIPOS DE RUPTURA DE

FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS

Os três principais modos de ruptura por cisalhamento do solo de suporte de

uma fundação são:

a) - ruptura generalizada;

b) - ruptura localizada;

c) - ruptura por puncionamento.

O processo de ruptura do solo depende: da compressibilidade do solo, da

geometria da fundação, das condições de carregamento e do embutimento.

1.8.1 Ruptura generalizada:

A ruptura geral ocorre em solos mais rígidos (baixa compressibilidade),

areias compactas e argilas rijas, onde há uma superfície de ruptur a bem definida de

uma das bordas da fundação até a superfície do terreno (figura 1.10-a). Observa-se

na mesma figura que há a elevação do solo ao redor da fundação, embora a

superfície final de ruptura ocorra de um lado. A ruptura é repentina, com

inclinação da fundação e carga limite bem definida Na curva tensão recalque (figu ra 1.10-b) a ruptura fica bem definida,

podendo-se observar um ponto de carga máxima, com posterior decréscimo, e com

os recalques sempre crescentes.

Figura 1.10 – Ruptura generalizada

1.8.2 Ruptura localizada:

A ruptura local ocorre em solos intermediários, mais deformáveis que ossolos rígidos, caso de areias medianamente compactas e argilas médias a moles.


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Neste tipo de ruptura (figura 1.11-a), embora

a superfície de deslizamento se inicie abaixo das extremidades da fundação até a

superfície do terreno, a ruptura se dá apenas até certo ponto no interior do maciço.

Com isso, a curva tensão-recalque (figura 1.11-b) apresenta uma curvatura mais

branda que o caso de ruptura geral, sem atingir pico algum.

Figura 1.11 – Ruptura local

1.8.3 Ruptura por puncionamento:

Esse tipo de ruptura é de difícil observação. A fundação tende a recalcar

de forma intensa, em vista da alta compressibilidade do solo. O solo externo à área

carregada não é afetado (figura 1.12-a). O equilíbrio horizontal e vertical da

fundação é mantido.


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Figura 1.12 – Ruptura por puncionamento

1.9

RECALQUE

O recalque de uma fundação superficial é o deslocamento vertical

descendente da base do elemento de fundação, ocasionado pela deforma ção do solo

de suporte.).

Sabe-se que toda edificação sofre recalques, muitas vezes imperceptíveis aolho nu, por se tratarem de deslocamentos milimétricos. Podem ser classificados

de acordo com seu deslocamento/deformação em três tipos, sendo:

a) Recalques homogêneos ou uniformes: o solo sofre uma deformação como um

todo e a estrutura recalca por inteiro, não havendo na maioria dos casos danos

estruturais;

b) Recalques por inclinação ou desuniforme sem distorção: apenas um lado da

edificação sofre recalque, ocorrendo inclinação da obra, de modo que seus

elementos estruturais não sofram danos;

c) Recalques diferenciais ou desuniformes com distorção: uma parte da edificação

sofre recalque, gerando torções e danos aos elementos estruturais, podendo ser

notado através de fissuras e trincas com 45° de inclinação. É um recalque

indesejável e que exige a execução de reforços tanto das fundações, quanto da

estrutura.

A ocorrência de recalques se dá, principalmente, pela diminuição do índice

de vazios do solo que recebe as cargas dos elementos de fundação.


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Figura 1 .13 Pr inc ipa is modos de deformação de uma es t ru tura(a) Recalques uniformes, (b) recalques desuniformes sem dis torção e (c) recalques

desuniformes com dis torção

Figura 1.14 Recalques diferenciais

Além dos recalques supracitados classificados de acordo com os tipos de

deformação, pode-se também classificá-los em função do tempo em que ocorrem,sendo eles:

a) Recalque imediato, elástico ou não drenado (ρ i);

b) Recalque por adensamento primário (ρ a);

c) Recalque por compressão secundária (ρ s).

O ρ i ocorre logo após aplicação de carga, há mudança de forma com

alteração do volume devido à redução de índice de vazios.

O ρa ocorre em solos de baixa permeabilidade, argilosos, que sofrem

redução de volume provocado pela saída de água devido à diminuição dos vazios

pelo acréscimo de carga e aumento de pressão neutra .

O ρ s , muito importante para argilas moles e argilas marinhas, se

desenvolve simultaneamente com o ρ a. Ocorre devido ao rearranjo estrutural

causado por tensões de cisalhamento. Trata-se da deformação sofrida pelo solo,

mesmo após a dissipação das pressões neutras. Ocorre muito lentamente nos solos

argilosos, e é geralmente desprezado no cálculo de fundações.


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O recalque total se dá então pela

soma de ρ i , ρa e ρ s , onde parte ocorre de imediato e parte se desenvolve ao longo

do tempo.

A previsão de recalques é um dos exercícios mais difíceis da Geotecnia, de

forma que o resultado dos cálculos, por mais sofisticados que sejam, devem ser

encarados como uma estimativa.

1.9.1 Recalques limites

Segundo a NBR 6122, a definição dos valores limites de projeto para os

deslocamentos e deformações deve considerar:

a) a confiabilidade com a qual os valores de deslocamentos aceitáveis podem ser

estabelecidos;

b) velocidade dos recalques e movimentos do terreno de fundação;

c) o tipo de estrutura e o material de construção;

d) o tipo de fundação;

e) a natureza do solo;

f) a finalidade da obra;

g) a influência nas estruturas, utilidades e edificações vizinhas.

Os tipos de danos sofridos pela edificação oriundos de recalques

diferenciais podem ser demonstrados através da tabela a seguir, de acordo com a

intensidade do recalque e a distância entre os pilares analisados (ρ/l).


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Figura 1.15 - Recalques limites

No caso de recalques totais limites para estruturas usuais de aço ou

concreto, consideram-se aceitáveis como valores limites as recomendações de

Skempton-MacDonald, em casos rotineiros para areias e argilas, sendo:

Areias: ρmá x = 40mm para sapatas isoladas

ρmá x = 40 a 65mm para radiers

Argilas: ρ má x = 65mm para sapatas isoladas

ρmá x = 65 a 100mm para radiers

Tais parâmetros não são aplicáveis para os casos de prédios de alvenaria

estrutural, edifícios altos com corpos de alturas diferentes, vãos grandes,

acabamentos especiais e outros, onde são necessários critérios mais rigorosos de

avaliação.

1.9.2 Recalque admissível

Segundo Terzaghi e Peck, para sapatas contínuas carregadas

uniformemente e sapatas isoladas de aproximadamente mesmas dimensões, em


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areais o recalque diferencial geralmente não

excede 50% do maior recalque observado. Já em condições extremas, que

envolvem tamanhos muito diferentes de sapatas e embutimentos no terreno, o

recalque diferencial não deve ser superior a 75% do maior recalque.

Há a recomendação de Terzaghi e Peck de valores admissíveis para o

recalque diferencial e recalque total para sapatas em areia de respectivamente:

ρ ≈ 20mm e ρ = 25mm

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