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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

ESTUDO DE CASO SOBRE FUNDAÇÕES PARA EDIFÍCIOS EM ALVENARIA ESTRUTURAL

LUCAS FERNANDO BORGES

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de São Carlos como parte dos requisitos para a conclusão da graduação em Engenharia Civil Orientador: Prof. Dra. Teresinha de Jesus Bonuccelli

São Carlos 2012

RESUMO

Com a crescente demanda por projetos mais racionalizados e econômicos, a utilização

de edificações que adotam o sistema de alvenaria estrutural tem se intensificado. No entanto,

existe uma peculiaridade a ser levada em consideração, que é a questão da distribuição das

cargas no sistema de alvenaria ser muito diferente dos sistemas convencionais em concreto

armado. Nesse sistema, as cargas não são concentradas em vigas e pilares e transmitidas à

fundação; o que ocorre na alvenaria é uma distribuição uniforme das tensões ao longo da

parede estrutural, fazendo assim, com que as cargas chegam à fundação de uma forma

distribuída. Esse presente trabalho visa analisar se os projetistas procuram por soluções para a

fundação que consigam se adequar a esse sistema, recebendo os carregamentos da

superestrutura e transmitindo-as de maneira distribuída.

Palavras-chave: fundação, alvenaria estrutural, estudo de caso, hélice-contínua, estaca

escavada, sapata corrida.

ABSTRACT

ABSTRACT

With the growing demand for more streamlined and economic projects, the use of buildings

that adopt the system of structural masonry has intensified. However, there is a peculiarity to

be taken into consideration; it is the question of load distribution in the system Masonry is

very different from conventional systems in reinforced concrete. In this system, the loads are

not concentrated in beams and columns and transmitted to the foundation, which occurs in the

masonry, is an even distribution of tension along the structural wall, doing so with the loads

that arrive at the foundation of a distributed manner. This present study aims to examine

whether the designers look for solutions to the foundation that they can suit relating to this

system, receiving shipments of the superstructure and transmitting them in a distributed

manner.

Key-words: foundation, structural masonry, case study, continuous-helix, bored pile, strip footing.

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 8

1.1 JUSTIFICATIVA ..................................................................................................... 9

1.2 OBJETIVOS ........................................................................................................... 10

2. ALVENARIA ESTRUTURAL ...................................................................................... 11

2.1 CONSIDERAÇÕES SOBRE A UTILIZAÇÃO DA ALVENARIA

ESTRUTURAL. .................................................................................................................. 15

2.1.1 ALTURA DA EDIFICAÇÃO ............................................................................. 15

2.1.2 TIPOLOGIA E UTILIZAÇÃO ............................................................................ 15

2.2 PRINCIPAIS VANTAGENS ................................................................................. 16

2.3 PRINCIPAIS DESVANTAGENS ......................................................................... 16

2.4 ELEMENTOS DA ALVENARIA ESTRUTURAL ............................................ 17

2.4.1 BLOCOS .............................................................................................................. 17

2.4.2 ARGAMASSA ..................................................................................................... 18

2.4.3 PRISMA ............................................................................................................... 20

2.4.4 GRAUTE .............................................................................................................. 21

3. COMPORTAMENTO ESTRUTURAL DO SISTEMA DE ALVENARIA ............. 22

3.1 EDIFICAÇÕES TÉRREAS .................................................................................. 22

3.2 EDIFÍCIOS DE MÚLTIPLOS PAVIMENTOS .................................................. 23

3.3 CONSIDERÇÕES SOBRE EFEITO ARCO ....................................................... 24

4. ESTRUTURAS DE FUNDAÇÃO ................................................................................. 28

4.1 PARÂMETROS PARA A ESCOLHA DA FUNDAÇÃO .................................. 29

4.2 FUNDAÇÕES RASAS ........................................................................................... 30

4.2.1 SAPATA ............................................................................................................... 30

4.2.2 RADIER ............................................................................................................... 31

4.3 FUNDAÇÕES PROFUNDAS ................................................................................ 32

4.3.1 TUBULÕES ......................................................................................................... 32

4.3.2 ESTACAS ESCAVADAS ................................................................................... 33

4.3.3 HÉLICE CONTÍNUA .......................................................................................... 34

5. PREVISÃO DA CAPACIDADE DE CARGA ............................................................. 36

5.1 O USO DO ENSAIO SPT ...................................................................................... 36

5.2 MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS ........................................................................... 37

5.2.1 MÉTODO DE URBANO ALONSO – FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS ............ 37

5.2.2 MÉTODO DÉCOURT-QUARESMA – FUNDAÇÕES PROFUNDAS ............. 38

6. COMPARATIVO DE FUNDAÇÕES POR SISTEMA CONSTRUTIVO ............... 40

6.1 COMPARATIVO ENTRE FUNDAÇÕES .......................................................... 41

6.1.1 FUNDAÇÃO DE EDIFÍCIO EM CONCRETO ARMADO ............................... 42

6.1.2 FUNDAÇÃO DE EDIFÍCIO EM ALVENARIA ESTRUTURAL ..................... 45

7. ESTUDOS DE CASO ..................................................................................................... 50

7.1 ESTUDO DE CASO 01 - ESTACA ESCAVADA ............................................... 51

7.1.1 VERIFICAÇÃO DA TAXA DE TRABALHO DO SOLO ................................. 58

7.2 ESTUDO DE CASO 02 – RADIER ...................................................................... 60


7.3 ESTUDO DE CASO 03 – TUBULÃO .................................................................. 67


7.4 ANÁLISE DA TAXA DE CARGA POR METRO QUADRADO ..................... 76

8. CONSIDERÇÕES FINAIS ............................................................................................ 77

9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 79

10. ANEXOS ......................................................................................................................... 82

SUMÁRIO DE TABELAS

Tabela 1. Valores dos fatores de correção α e β ................................................................... 39

Tabela 2. Valores do coeficiente k em função do solo junto à ponta ....................................... 39

Tabela 3. Catálogo de estacas escavadas .................................................................................. 40

Tabela 4. Carga por estaca do estudo de caso 01. .................................................................... 57

Tabela 5. Resumo dos dados analisados do estudo de caso 01. ............................................... 58


Tabela 7. Resumo dos dados do estudo de caso 02. ................................................................. 66


Tabela 9. Resumo dos dados do estudo de caso 03. ................................................................. 75

Tabela 10. Resumo dos dados encontrados .............................................................................. 76

SUMÁRIO DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1. Coliseu. ..................................................................................................................... 11

Figura 2. Pirâmide de Gizé. ...................................................................................................... 11

Figura 3. Foto por Isaac de Cristo em 17/09/2009 – Rio de Janeiro. ....................................... 13

Figura 4. Conjunto Habitacional – Rio de Janeiro. .................................................................. 14

Figura 5. Determinação do Fbk ................................................................................................ 18

Figura 6. Determinação do Fak ................................................................................................ 19

Figura 7. Composição do Prisma .............................................................................................. 20

Figura 8. Detalhe de pontos grauteados.................................................................................... 21

Figura 9. Elementos e ações em edificações térreas ................................................................. 23

Figura 10. Resistência à ação lateral em um sistema estrutural típico de edifico em alvenaria

estrutural ........................................................................................................................... 24

Figura 11. Estrutura bi-apoiada com viga 20x30cm................................................................. 25

Figura 12. Estrutura bi-apoiada com viga 20x60cm................................................................ 26

Figura 13. Estrutura com apoio contínuo e viga 20x30cm. ...................................................... 27

Figura 14. Estrutura de Sapata .................................................................................................. 30

Figura 15. Tubulão a ar comprimido ........................................................................................ 33

Figura 16. Hélice Contínua ....................................................................................................... 34

Figura 17. Locação dos pontos de sondagem. .......................................................................... 42

Figura 18. Sondagem SP11 ...................................................................................................... 43

Figura 19. Estrutura de fundação do projeto de concreto armado ............................................ 44

Figura 20. Locação dos pontos de sondagem SPT. .................................................................. 46

Figura 21. Sondagem SPT 06 da obra Attuale. ........................................................................ 47

Figura 22. Projeto de fundação para o edifício de alvenaria estrutural .................................... 48

Figura 23. Implantação do conjunto habitacional. ................................................................... 51

Figura 24. Locação dos pontos de sondagem do Estudo de caso 01. ...................................... 52

Figura 25. SPT de um dos pontos do Estudo de caso 01. ......................................................... 53

Figura 26. Detalhamento do arranjo dos blocos de fundação................................................... 54

Figura 27. Planta de formas das vigas e blocos do baldrame. ................................................. 55

Figura 28. Planta de cargas da fundação. ................................................................................. 56

Figura 29. Locação dos pontos de sondagem SPT. ................................................................. 60

Figura 30. Sondagem SPT ........................................................................................................ 61

Figura 31. Detalhe do Radier (perímetro) ................................................................................ 62

Figura 32. Detalhe do Radier (interno) ..................................................................................... 63

Figura 33. Planta de forma do Estudo de caso 02. .................................................................. 64

Figura 35. Implantação do conjunto habitacional Monte Azul. ............................................... 68

Figura 36. Locação dos pontos de sondagem SPT. .................................................................. 69

Figura 37. Sondagem SPT ........................................................................................................ 70

Figura 38. Detalhe do tubulão. ................................................................................................. 71

Figura 39. Tabela de comprimento da armação do fuste. ......................................................... 72

Figura 40. Planta de cargas da obra Monte Azul ...................................................................... 73

8

1. INTRODUÇÃO

O crescimento da concorrência e da demanda no setor da construção civil nos últimos

anos levou as construtoras a definirem algumas prioridades, uma das mais importantes é a

economia unida ao aperfeiçoamento e a rapidez na execução de um empreendimento.

Devido a essas exigências, a engenharia através de estudos buscou alternativas

construtivas para atendê-las. Uma dessas alternativas encontradas é a utilização da alvenaria

estrutural. Diante de um mercado tão exigente e bastante competitivo, esse método

construtivo tem demonstrado significativas reduções no custo de materiais e mão-de-obra,

além de direcionar soluções racionais para o desperdício e melhoria na utilização de materiais

sem interferir na qualidade da edificação.

Alvenaria estrutural é um processo construtivo onde a parede, além de servir como

elemento de vedação, serve como elemento portante, suportando o peso da estrutura e

passando-o para a fundação. A fórmula de resolução é feita através de um dimensionamento

racional, para garantir a segurança das estruturas evitando sua degradação.

Apesar das inúmeras pesquisas realizadas no âmbito da construção em alvenaria

estrutural, é necessário aprimorar os estudos para a obtenção de resultados mais precisos no

que se refere à interação entre a infraestrutura (subestrutura ou fundação) e a superestrutura

(alvenaria estrutural).

No dimensionamento de fundações é comum à utilização da hipótese de apoios

totalmente rígidos para as condições de vinculação de edifícios, que vem sendo utilizada há

muito tempo pelos engenheiros calculistas de estruturas, devido, principalmente, à dificuldade

que se tinha em analisar manualmente edifícios sobre apoios flexíveis. Entretanto com o

avanço da tecnologia, já se pode usufruir de análises mais realistas, que levam em

consideração a deformação do solo adjacente às fundações. No entanto, observa-se que os

engenheiros estruturais em muitos casos ainda continuam utilizando o mesmo modelo

simplificado do passado.

Com base no expresso, conclui-se que a utilização de metodologias mais criteriosas,

que consideram a interface da ligação entre a fundação e a estrutura de alvenaria, produza

9

simulações mais realistas, e permita que análise estrutural da edificação seja realizada de

maneira mais precisa, levando a vantagens econômicas, de segurança e de confiabilidade da

estrutura.

1.1 JUSTIFICATIVA

No contexto atual, o mercado da construção civil tem se mostrado bastante aquecido,

fato este que se embasa pelo grande incentivo do governo em programas ligados ao setor,

como o “Minha Casa Minha Vida” (MCMV) e o próprio Programa de Aceleração do

Crescimento (PAC). E não somente incentivos do governo, ainda existe toda a infraestrutura

que deve ser construída para os grandiosos eventos que serão sediados no Brasil em 2014

(Copa do mundo de futebol) e 2016 (Olimpíadas).

Para atender a demanda crescente de construções, o estudo aprofundado sobre

sistemas construtivos, que consigam atender a velocidade em que estas devem ser concebidas,

e com os padrões de desempenho exigidos por norma, torna-se fundamental.

Nesse contexto a utilização de alvenaria estrutural torna-se uma alternativa

interessante, uma vez que com um único elemento é possível produzir vedações e estrutura,

aprimorando o método construtivo e a racionalização da construção.

Dessa maneira é essencial que os escritórios de projeto de estruturas, utilizem critérios

para definir qual melhor solução para fundação, escolhendo uma subestrutura que suporte as

cargas da superestrutura com padrões normativos de segurança, que adeque-se aos fatores

topográficos e seja embasada nos aspectos técnicos e econômicos, sem prejudicar as

edificações do entorno.

10

1.2 OBJETIVOS

O presente estudo tem como objetivos específicos:

• Analisar três estudos de caso, quais as soluções mais comumente aplicadas na fundação de edifícios em alvenaria estrutural, considerando dois projetos de fundação direta (radier e tubulão) e um projeto de fundação profunda (estaca escavada).

• Encontrar a capacidade de carga do sistema fundação-solo e comparar com a tensão real que a estrutura aplica no solo.

• Encontrar uma média de carga por metro quadrado (do pavimento), para cada um dos estudos de caso.

• Comparar quais principais diferenças da tipologia da fundação em função do sistema construtivo (concreto armado e alvenaria estrutural).

• Entrevistar um projetista de fundação e questionar sobre critérios de escolha para fundação de edifícios em alvenaria estrutural

11

2. ALVENARIA ESTRUTURAL

O sistema construtivo de alvenaria é um dos mais antigos conhecidos pela

humanidade, uma vez que há milhares de anos, as construções já eram produzidas por meio de

empilhamento de pedras, amarrações com fibras naturais, e basicamente o barro como

argamassa.

Muitas destas obras monumentais que perduram até hoje, são concebidas por modelos

de blocos ou pedras sobrepostas (RAMALHO, CORRÊA, 2003), arranjadas de tal maneira a

produzir grandes obras, como por exemplo, as Pirâmides do Egito e o Coliseu Romano. No

entanto, na época não existiam modelos matemáticos que poderiam representar tais estruturas,

e as mesmas eram feitas basicamente de forma empírica.

Figura 1. Coliseu.

Fonte: Wikipédia (2012)

Figura 2. Pirâmide de Gizé.

Fonte: Wikipédia (2012)

12

Analisando os últimos cem anos, é possível notar uma grande mudança na concepção

de projetos e estruturas, sendo que no início do século XX, o concreto e o aço dominaram o

setor da construção civil até os anos 60. Assim, grande parte das pesquisas e dos avanços

tecnológicos foi direcionada exclusivamente a estes dois materiais, tornando o sistema de

alvenaria estrutural ultrapassado, uma vez que não era competitivo tecnologicamente.

No entanto, neste período, começaram a surgir estudos sobre alvenaria novamente

(RAUBER, 2005, p.23) na Europa e nos Estados Unidos, o que deu origem a manuais e regras

práticas para aquele tipo de construção; os quais futuramente deram origem a códigos de

construção e, portanto, encaminharam as construções da época.

Analisando o cenário nacional, a utilização da alvenaria estrutural se dá em meados

dos anos 60, com a construção de edifícios de pequeno porte (4 pavimentos) e basicamente

destinado a programas habitacionais do governo para moradia popular.

Assim a imagem deste sistema sofreu dificuldade de aceitação no país, em função de

sua primeira utilização com intuito de suprir o déficit habitacional popular. Somente nos anos

80 segundo Lucini (1984) grandes empresas e incorporadoras como a ENCOL investiram

fortemente em pesquisa e desenvolvimento do sistema de alvenaria estrutural, a fim de ganhar

produtividade. Nesse período o sistema passa a ter mais aceitação, e o sistema começa a fazer

parte do dia-a-dia dos escritórios de projeto.

Atualmente, Porto 2010, p.14 relata o grande avanço sofrido pelo sistema de alvenaria

estrutural. Em relação à produção de elementos, hoje existem grandes fábricas que produzem

blocos com rigorosos controles de qualidade, e com variadas resistências nominais,

otimizando a utilização do bloco.

Juntamente a este crescimento na produção, hoje contamos com inúmeras análises

estruturais, que conseguem representar modelos de cálculo muito refinados, tornando a

estrutura mais esbelta e, racionalizada, e o sistema construtivo mais econômico e ágil. Assim,

passa a ser possível conceber edifícios altos utilizando o sistema estrutural de alvenaria.

13

Figura 3. Foto por Isaac de Cristo em 17/09/2009 – Rio de Janeiro.

Fonte: http://www.isaacdecristo.com.br/forum/viewtopic.php?f=3&t=53 (acessado em

01/05/2012).

A alvenaria estrutural é o sistema construtivo no qual as paredes têm função estrutural,

substituindo assim, as vigas e pilares que são empregadas nas construções tradicionais.

Entretanto, uma das principais vantagens (Roman et al,1999.) da alvenaria estrutural é que as

edificações neste sistema tendem a apresentar menor custo que edifícios feitos com estrutura

em concreto convencional, em função de fatores como racionalização e modulação. Além

disso, há um ganho na produtividade da mão-de-obra uma vez que o mesmo bloco é utilizado

na produção de estruturas e vedações.

Esse fato se confirma devido à execução da alvenaria tanto com a função de vedação e

compartimentação, quanto de estrutura portante com um único material, e principalmente em

uma única etapa, reduzindo também a utilização de fôrmas, cimbramentos, concreto e

armaduras. A utilização deste sistema tem se difundido pelo mundo, em função da agilidade e

economia nas construções, e pela capacidade de concepção de obras de maior porte. Dessa

maneira este sistema passa a ser de grande atratividade, e hoje é amplamente utilizado na

construção de edificações.

Nos últimos anos o crescimento do setor da construção civil tem sido muito

significante. Dessa forma, sistemas que unam rapidez e economia vêm atraindo projetistas e

14

construtores em todo país. Esse crescimento se deu basicamente por dois fatores relevantes

do atual cenário, primeiramente a proximidade com a copa do mundo de 2014, e segundo em

relação aos incentivos financeiros do governo com os planos “Minha Casa, Minha Vida” e o

Programa de Aceleração do Crescimento.

Esses dois programas lançados pelo governo federal pretendem lançar mais de um

milhão de moradias num curto espaço de tempo (Tauil, 2009), e assim, surgem opções

técnicas que prometem solucionar o problema, neste caso a alvenaria estrutural. Segundo

Tauil “alvenaria estrutural em blocos de concreto permite reduzir o custo das obras em até

30% (em torres de 4 pavimentos) e 15% (em torres com 20 pavimentos)” aumentando ainda

agilidade e melhorando as questões ambientais, uma vez que pelo grau de racionalização e

modulação exigido em um projeto em alvenaria estrutural, a produção de entulho diminui

bastante.

Figura 4. Conjunto Habitacional – Rio de Janeiro.

Fonte: http://extra.globo.com/noticias/rio/programa-minha-casa-minha-vida-promete-

milhares-de-unidades-mas-especialistas-criticam-projetos-1813227.html (acessado em

01/05/2012).

15

2.1 CONSIDERAÇÕES SOBRE A UTILIZAÇÃO DA ALVENARIA ESTRUTURAL.

Para o bom aproveitamento de qualquer sistema construtivo, é necessário estudar

cuidadosamente cada projeto, uma vez que não há nenhum sistema que se encaixa

perfeitamente em todas as tipologias arquitetônicas possíveis, e em muitos dos casos, os

sistemas são combinados a fim de extrair a melhor característica de cada um deles, tornando o

projeto mais econômico e racionalizado.

Para projetos em alvenaria, seguem algumas características que devem ser ponderadas

com intuito de conceber a melhor estrutura (RAMALHO; CORRÊA, 2003 p.10):

2.1.1 - ALTURA DA EDIFICAÇÃO

No Brasil, como a utilização da alvenaria estrutural é utilizada em grande parte nas

construções residenciais, que costumam não passar de 15 pavimentos, até mesmo pelo fato de

que a escolha por esse sistema construtivo é mais economia para edifícios de poucos andares.

Segundo Parsekian, Hamid e Drysdale (2012), nestes casos, a ação vertical (peso próprio da

estrutura) é predominante em relação às ações horizontais, o que permite a utilização de

alvenaria não armada ou pouco armada. É possível tecnicamente utilizar a alvenaria em

construções mais altas, no entanto, ela já não é um sistema mais econômico em relação aos

demais sistemas construtivos.

Outro fator limitante é que edificações mais altas sofrem esforços horizontais com

elevada magnitude, ocasionados principalmente pelo vento e desaprumo, fazendo com que a

utilização de concreto (graute) e aço seja maior, tornando a alvenaria um sistema de elevado

custo.

2.1.2 -TIPOLOGIA E UTILIZAÇÃO

Como mencionado anteriormente, não existe um sistema estrutural que contemple

todas as solicitações de projeto arquitetônico, portanto, podemos ressalvar que a alvenaria é

um sistema estrutural que atende bem a projetos bem comportados, seguindo modelos

estruturais retangulares e edifícios em forma de “H”. Edifícios que utilizam qualquer forma

curva trazem uma dificuldade no projeto, pelo fato de que os componentes para produção de

qualquer elemento são blocos de forma retangular.

Em especial, para edificações com grandes vãos e edifícios comerciais, onde a

necessidade de mudanças e rearranjo das vedações seja um fator determinante na escolha do

tipo de estrutura, é recomendado que se utilize de maneira criteriosa a alvenaria estrutural.

16

2.2 PRINCIPAIS VANTAGENS

Com a crescente demanda por projetos compatibilizados, a alvenaria estrutural se

destaca em função do nível de detalhamento em fase de projeto. As instalações hidráulicas e

elétricas são previstas em locais pré-determinados, ao contrário do que se vê em obras

convencionais com o corte de paredes para execução dessas instalações.

Ainda em relação à compatibilização, os projetos são detalhados de maneira mais

minuciosa, o que ajuda na mão-de-obra que irá executar os serviços. Outro ponto fundamental

é a questão da modulação das construções, onde cada elemento a ser instalado em obra (como

caixilhos, por exemplo) deve ser adquirido de maneira adequada à família de modulação do

bloco utilizado.

De maneira análoga, a redução de materiais e etapas que não agregam valor à

edificação, como por exemplo, a minimização do uso de formas e cimbramentos, a redução

significativa do volume de emboço (pois a alvenaria deve ser feita com maior controle em

relação a prumo e esquadro), a redução do número de armadores e carpinteiros (RAMALHO,

CORRÊA, 2003 p.11) trazem economia e racionalização às construções em alvenaria

estrutural, se comparadas com outros sistemas construtivos.

De uma forma generalista a alvenaria estrutural é em sua essência um sistema

embasado no conceito de coordenação modular para ser bem sucedida (GREVEN,

BALDAUF, 2007). Assim para a produção de qualquer projeto, todos os componentes inputs

(insumos) devem ser planejados para se “encaixarem” uns nos outros, tornando o output

(produto acabado) o mais eficiente possível. Segundo Lucini (2001) o conceito é definido

como sendo “a ordenação dos espaços na construção civil”.

Portanto, a principal vantagem da alvenaria estrutural é que ela traz conceitos de

industrialização para o canteiro de obras, tornando-o uma fábrica de montagem de edifícios,

com uso de soluções que aumentem a produtividade e a racionalização das construções.

2.3 PRINCIPAIS DESVANTAGENS

A principal característica negativa da edificação constituída em alvenaria de blocos em

relação à estrutura convencional de concreto é a pouca mobilidade da edificação, fato este que

pode ser decisivo na escolha do sistema estrutural. Assim sendo, edificações que podem ter

17

inúmeras utilizações durante sua vida útil, não têm como escolha interessante o sistema

construtivo em alvenaria estrutural.

Ainda em relação ao baixo potencial de flexibilidade arquitetônico, vale ressaltar que

no estado de São Paulo, existem muitos empreendimentos que são vendidos com flexibilidade

quase total em relação ao projeto de vedações internas (mantendo apenas ponto molháveis), e

para estes tipos de propostas arquitetônicas a alvenaria estrutural não é o sistema mais

adequado.

2.4 ELEMENTOS DA ALVENARIA ESTRUTURAL

Para elaboração de projetos que utilizem a alvenaria como estrutura portante, é

necessário que se estude sobre os elementos que compõe esse sistema construtivo. Abaixo

serão descritos os principais materiais e componentes da alvenaria estrutural.

2.4.1 BLOCOS

No nosso país temos basicamente duas classes de blocos estruturais, os cerâmicos e os

de concreto, os quais têm propriedades físicas e mecânicas distintas. Apesar destas diferenças,

o modelo de cálculo para o dimensionamento de uma estrutural em alvenaria é muito similar,

variando apenas algumas constantes que são relativas ao tipo de bloco adotado.

Segundo Parsekian e Soares (2010) os blocos compõem cerca de 90% do volume da

alvenaria, e são responsáveis pela maioria das características da parede estrutural: resistência

ao fogo, estanqueidade, isolamento térmico e acústico e principalmente pela resistência a

compressão.

Para determinação da qualidade de um bloco estrutural, todos os pontos descritos acima

são importantes, no entanto, a resistência mecânica do bloco é que será fundamental para o

dimensionamento e cálculo da estrutura.

Essa resistência é determinada com um ensaio de compressão simples. Neste ensaio a

tensão será distribuída sobre a área líquida do bloco (descontando-se as áreas dos furos) e o

valor do Fbk convencionado para os projetos de alvenaria é convencionado para tensão

resistente do bloco por toda área bruta (considerando a região dos furos). A Figura 5 ilustra

essa relação de área liquida e bruta.

18

Para determinar o valor característico Fbk do bloco utiliza-se equações que delimitam

que aproximadamente 95% blocos analisados apresentem resistência superior a resistência

estabelecida pelo fabricante.

Figura 5. Determinação do Fbk

Fonte: José de Almendra Freitas Jr – Construção Civil II.

2.4.2 ARGAMASSA

Uma parede de alvenaria é composta basicamente por blocos e argamassa, sendo que

esta última é responsável pela união dos blocos, a fim de transmitir de maneira uniforme as

tensões entre as fiadas de alvenaria. Segundo Parsekian e Soares (2010) as principais funções

da argamassa são:

• Proteger a parede contra ações externas, como água e outros agentes agressivos

• Absorver as deformações que a alvenaria virá a sofrer em sua vida útil, como

variações térmicas e pequenos recalques. Utilizando da resiliência (capacidade

de deformar sem fissurar) da argamassa que é muito maior que a do bloco.

19

• Unir os blocos de maneira a uniformizar os carregamentos por toda área do

bloco.

• Contribuir para a resistência da parede de maneira adequada, sendo que a

principal função estrutural da argamassa não é a resistência a compressão, e sim

a resistência as tensões de cisalhamento, ou seja, as solicitações que fazem com

que uma fiada tenda a “descolar” da outra.

A argamassa é composta basicamente por cal, cimento e areia. A cal fornece grande

trabalhabilidade e resiliência à mistura, e por outro o lado, o cimento traz ganhos na

resistência a compressão e perdas por retração. Dessa forma a ponderação destes três

componentes é que irão fornecer uma mistura ótima. No entanto, a utilização inadequada da

argamassa pode ser responsável por patologias na edificação.

De forma análoga a determinação do valor característico da resistência a compressão

dos blocos, para o ensaio de argamassa são moldados corpos de prova cúbicos (4x4x4cm),

como mostra a ilustração da Figura 6.

Figura 6. Determinação do Fak

Fonte: José de Almendra Freitas Jr – Construção Civil II.

20

O valor Fak da argamassa é determinado de maneira que 95% dos corpos-de-prova

ensaiados apresentem resistência maior ou igual à estabelecida pelo fabricante. É

recomendado seja dimensionada uma argamassa com resistência de aproxidamente a 70% do

bloco em relação à área bruta.

2.4.3 PRISMA

Para sistema de alvenaria estrutural, o bloco não tem uma relação direta de

proporcionalidade com a parede em si. Esse fato ocorre por existir blocos de concreto e de

cerâmica, e cada um deles têm características particulares quanto à resistência. E não somente

aos diferentes blocos existentes, ainda existem variações na resistência das argamassas que

são utilizadas na produção da alvenaria.

Uma maneira de estabelecer uma relação de proporcionalidade da resistência da

parede com os elementos que á compõe é moldar corpo-de-prova que quando ensaiado retrate

o comportamento do conjunto bloco e argamassa. Para isso é moldado um prisma composto

por dois blocos e argamassa de assentamento entre eles, como segue na Figura 7.

Figura 7. Composição do Prisma

Fonte: Autoria própria.

Com ensaio de resistência do prisma, é possível encontrar o valor característico Fpk.

Segundo Cavalheiro e Gomes (2002) com a resistência do prisma estabelecida pode ser

21

determinada uma resistência de parede. Essa relação da resistência da parede (Fk) e do prisma

(Fbk) é de setenta por cento, como segue a expressão a seguir:

pkk FF *7,0=

Segundo Parsekian e Soares (2010), a relação entre prisma e bloco apresenta um valor

médio de 0,5, no entanto, o coeficiente de variação é igual a 0,40 o que resulta num valor

mínimo de 0,3 e máximo de 0,6.

2.4.4 GRAUTE

O graute é um composto de cimento e agregados miúdos, com grande plasticidade e

fluidez, o que permite que seja lançado nos vazios dos blocos, tanto na vertical (formando

pilaretes) quanto na horizontal (preenchendo canaletas).

Quando utilizado na vertical, tem função estrutural de aumentar a resistência à

compressão dos pontos mais carregados das paredes, e enrijecer cantos de paredes, aberturas

de portas e janelas. Na horizontal é utilizado estruturalmente dentro de canaletas, formando

cintas ao longo das alvenarias, e formando vergas e contra-vergas sob vãos de janelas e

portas. Na figura Figura 8 pode-se visualizar em tom escuro os pontos onde foi utilizado

graute.

Figura 8. Detalhe de pontos grauteados.

Fonte: – Cedida pela Rio Verde Engenharia e Construções ltda.

Além de enrijecer a estrutura em pontos carregados e aberturas, tem a função de

solidarizar armações que podem fazer parte da alvenaria estrutural. Outro ponto sobre as

22

regiões grauteados é uniformizar as tensões através das aberturas, ou seja, como não existe

alvenaria nas regiões de aberturas, a carga que passaria por aquela abertura se concentrará no

entorno da abertura. Para isso o ganho na rigidez no entorno das aberturas é fundamental para

evitar possíveis patologias.

3. COMPORTAMENTO ESTRUTURAL

DO SISTEMA DE ALVENARIA

Como descrito anteriormente no item 2.4, a composição de uma parede de alvenaria,

utiliza elementos como blocos, argamassa e graute. E com a solidarização destes componentes

é possível que se construa edificações térreas, de múltiplos pavimentos e híbridas.

3.1 EDIFICAÇÕES TÉRREAS

Segundo Parsekian, Hamid e Drysdale (2012) parte da utilização da alvenaria

estrutural é utilizada em edificações térreas, principalmente na construção de residenciais,

ginásios, indústrias e lojas comerciais. Nestas situações as paredes estruturais comumente são

empregas no fechamento externo das construções, formando o envelope do perímetro.

Comumente nestes casos, são utilizadas alvenarias não armadas e de pequena

espessura, tornando as paredes em balanço pouco estáveis. Assim uma solução para aumentar

a rigidez quando o travamento do envelope é insuficiente é a construção de enrijecedores ao

longo da parede. O apoio horizontal do topo da parede é normalmente assegurado pela

estrutura de cobertura (telhado ou laje) como mostra a Figura 9.

As ações de vento como pressões e sucções, são transmitidas pelos painéis de

alvenaria até os enrijecedores e aos painéis que estão fazendo o travamento (paralelos a ação

do vento). Outra parte da carga é encaminhada através do telhado ou laje e redistribuída nos

elementos resistentes (alvenarias e enrijecedores).

Na Figura 9, pode-se observar que a parede “A” possivelmente é uma das mais

críticas, uma vez que só esta ligada a estrutura pela base e pelo topo. Neste tipo parede, a ação

do vento pode gerar flexão na parede, a qual deve ser armada para resistir ao esforço de

tração.

23

Figura 9. Elementos e ações em edificações térreas

Fonte: – Comportamento e dimensionamento de alvenaria estrutural (PARSEKIAN, et al,

2012)

3.2 EDIFÍCIOS DE MÚLTIPLOS PAVIMENTOS

Nas estruturas utilizadas até 1930, os pórticos metálicos e de concreto armado faziam

parte da maioria dos modelos estruturais, no entanto, era necessário que esses pórticos fossem

contraventados, a fim de garantir maior rigidez da estrutura. Para contraventar a estrutura

começa a ser utilizado o preenchimento da região interna do pórtico com alvenaria.

Segundo Parsekian, Hamid e Drysdale (2012) por volta de 1960,começam a mostrar que

as alvenarias transversais em edifícios de múltiplos pavimentos funcionam como paredes de

contraventamento estando ou não presentes os pórticos de aço ou concreto. A partir desta data

foram construídos vários edifícios utilizando as paredes como estrutura resistente as ações

laterais.

Nesta tipologia de estrutura as alvenarias servem de apoio contínuo das lajes, e também

suportam o peso da estrutura das paredes que estão posicionadas exatamente acima delas (nos

andares superiores). A laje de concreto atua como um diafragma rígido, distribuindo o

carregamento lateral para as paredes resistentes do contraventamento, que por sua vez irão

encaminhar este carregamento para as fundações.

24

Na Figura 10 está ilustrado um esquema típico de edifícios de múltiplos carregamentos,

retratando como as paredes conseguem combater as ações laterais por meio de paredes

contraventadas. Para que isso ocorra, um ponto determinante é a ligação da laje à alvenaria.

Figura 10. Resistência à ação lateral em um sistema estrutural típico de edifico em

alvenaria estrutural

Fonte: – Comportamento e dimensionamento de alvenaria estrutural (PARSEKIAN, et al,

2012)

Nos edifícios antigos eram construídos de forma que suas paredes externas deveriam

resistir às ações que tendem ao tombamento da edificação. Já nas construções modernas que

utilizam este sistema construtivo, as paredes transversais internas (paralelas a ação do vento)

são responsáveis por garantir a estabilidade lateral.

3.3 CONSIDERÇÕES SOBRE EFEITO ARCO

Diferentemente das edificações em concreto armado e aço, na alvenaria os

carregamentos chegam à estrutura de fundação distribuídos ao longo de todas as paredes,

conseqüentemente, deve-se projetar na fundação estruturas secundárias (como vigas

baldrames) que irão transferir todo carregamento das paredes estruturais para os blocos. Estas

vigas serão carregadas pelas paredes que terão cargas de toda a edificação que está sobre ela.

25

Como os carregamentos nas vigas-baldrame apresentam maior magnitude, elas podem

sofrer maiores deformações em relação a estruturas convencionais de concreto. No entanto,

como o sistema de alvenaria é menos flexível do que o concreto armado, uma deformação

nestas vigas da interface concreto-alvenaria, seria passível de patologias na alvenaria,

causando danos na utilização e até mesmo estruturais.

As considerações de vinculação nas estruturas em alvenaria são expressivamente mais

críticas quando comparadas a estruturas convencionais. Em ensaios de paredes estruturais

sobre viga, CAMACHO, J.S.; ANDOLFATO, R.P.; LODI, P.S. mostram que o carregamento

em paredes tende a se uniformizar ao longo de seu comprimento seguindo um modelo de arco

(efeito-arco), e este carregamento segue para o ponto de maior rigidez que são usualmente os

apoios com blocos e estacas (no caso de fundação profunda).

A Figura 11 mostra um dos ensaios realizados, neste modelo temos uma parede de

alvenaria estrutural com 14 cm de espessura e com uma sobrecarga de 200 KN/m.

Figura 11. Estrutura bi-apoiada com viga 20x30cm.

Fonte: – Considerações sobre fundação de edifícios de alvenaria estrutural (Andolfato, et al.

2002)

26

É possível analisar que as tensões se concentram nas proximidades dos apoios e são

praticamente insignificantes no eixo entre apoios.

Em seguida na Figura 9 foi considerada uma segunda situação, aonde a altura da seção

da viga foi dobrada, procurando aumentar a rigidez do elemento e uniformizar os esforços na

interface viga-alvenaria.

Figura 12. Estrutura bi-apoiada com viga 20x60cm.

Fonte: – Considerações sobre fundação de edifícios de alvenaria estrutural (Andolfato,

et al. 2002)

Nesta segunda situação houve um alivio de 11% das tensões na proximidade do apoio,

uma redução pouco significante em relação ao aumento de inércia que a viga foi submetida.

Finalmente foi considerado um apoio contínuo ao longo da viga, a figura 10 mostra

uma considerável mudança em relação à distribuição de esforços.

27

Figura 13. Estrutura com apoio contínuo e viga 20x30cm.

Fonte: – Considerações sobre fundação de edifícios de alvenaria estrutural (Andolfato,

et al. 2002)

Neste último modelo, é passível de verificação que os esforços são reduzidos

drasticamente, e a variação da tensão entre as extremidades e o centro da estrutura se tornam

muito menos acentuada.

Deste modo, concluímos que fundações que se assemelham mais ao modelo da Figura

10, com um apoio contínuo ao longo da alvenaria, propiciam melhores resultados para a

edificação, podendo trazer benefícios financeiros como economia na aquisição dos blocos;

uma vez que nas primeiras situações deveriam ser utilizados blocos com resistência de prisma

três vezes maior que na última.

28

4. ESTRUTURAS DE FUNDAÇÃO

Por definição a estrutura de fundação é a parte da edificação que fica abaixo da

superestrutura, e tem função de suportar e transferir para o subsolo com segurança, todas as

solicitações que a estrutura venha a sofrer durante sua utilização (Aoki-Veloso,1975). Existem

no mercado inúmeras soluções para este sistema de subestrutura, e cabe ao projetista saber

qual a melhor solução técnica e econômica para cada projeto.

Para a concepção de estruturas de fundação, o projetista dispõe basicamente de duas

principais características; primeiramente as análises do solo, como o SPT (Standart

Penetration Test) que é o ensaio mais usual para obras de edifícios de pequeno e médio porte,

e também é necessário que seja informado quais os as cargas em cada pilar que deverão ser

transferidas ao solo. Entretanto, o projeto de fundação é o último projeto ligado à estrutura a

ser feito, pois necessita da arquitetura e superestrutura definidas (Décourt, L; Quaresma, A.R.

1982).

Uma consideração importante em relação ao projeto de fundação para edificações em

alvenaria estrutural é a questão das deformações, uma vez que quando o projeto de estruturas

é feito separadamente do projeto de fundações, é considerado que a superestrutura será

apoiada sobre base indeformável, fato este que muitas vezes não condiz com realidade,

podendo ocasionar patologias como trincas e danos estruturais (no caso da alvenaria estrutural

principalmente, uma vez que a própria parede é a estrutura).

Essa interação que não é objeto de estudo deste trabalho, mas é conhecida como ISE –

Interação Solo Estrutura, é caracterizada pela redistribuição dos carregamentos da estrutura.

Essa redistribuição pode tornar as considerações de cálculos mais econômicas, visto que os

pilares centrais (geralmente mais carregados) transferem parte de seu carregamento para os

pilares periféricos, conferindo uma menor diferença entre os carregamentos dos mesmos,

podendo proporcionar economia de até 50% do custo das fundações (ABCP, Manual de

Estruturas).

29

4.1 PARÂMETROS PARA A ESCOLHA DA FUNDAÇÃO

Existe uma gama de fatores que influenciam na escolha do tipo de fundação mais

adequado, e como em uma análise de tentativa e erro, devemos escolher a alternativa que é

mais econômica e tecnicamente viável. No entanto, como o solo apresenta características

particulares em cada região, uma mesma solução que é aplicável em uma determinada

localização, é completamente descartada em outra localização (Décourt, L; Quaresma, A.R.

1982).

Em relação à escolha da melhor fundação para uma edificação, existem vários

parâmetros fundamentais a serem analisados. O primeiro deles são as características do

subsolo, em seguida temos a tipologia da edificação, que nos fornecerá dados como as cargas

que deverão ser descarregadas no solo e por conseqüente, qual a capacidade de carga

necessária do elemento de fundação que consegue transmitir esses carregamentos. Por último

temos as questões de disponibilidade no mercado (evitando custos com mobilização de

equipamentos) e a questão das características das construções vizinhas, que pode, por

exemplo, inviabilizar soluções que envolvam ruídos ou vibrações.

Segundo Aoki-Veloso (1975) para determinação destes parâmetros é necessário ter um

conhecimento aprofundado sobre o solo que está sendo avaliado, e indispensável à utilização

de ensaios e sondagens como CPT e SPT.

Um ponto crucial na escolha do tipo de fundação é a profundidade do lençol freático,

sendo que algumas soluções não podem ser executadas com a presença de água. Outra análise

que deve ser feita é em relação às características da área, se há presença de aterros e cortes, ou

mesmo em relação à existência de faixas do solo que são compostas por lixões ou matacões.

E ainda assim, com todos esses parâmetros limitadores, restará um grande número de

possibilidades que atenderão satisfatoriamente o projeto (em uma análise técnica), por esse

motivo o projetista escolher dentre as possibilidades a solução mais econômica.

Em relação à melhor escolha do ponto de vista econômico, temos uma ordem de

tentativas que devem ser feitas a fim de satisfazer tecnicamente e economicamente o

empreendimento. Essas tentativas iniciam-se pelas soluções mais econômicas, e

consequentemente pela classe de fundações superficiais (sapatas e radiers). Na maioria dos

casos estas fundações apresentam limite de carga inferior ao de fundações profundas e são

consideravelmente mais baratas. Dependendo do caso, é possível melhorar as características

30

da superfície do solo por meio de compactação, podendo dessa maneira, utilizar este tipo de

fundação.

Em outros casos, as cargas podem ser mais altas que a capacidade portante das

fundações superficiais (sistema sapata-solo), e é necessário analisar soluções que estão na

categoria de fundações profundas. Dentre estas também há variações de custos, sendo que

cada uma apresenta características diferentes (em relação a barulho, vibração, prazo, etc...).

No entanto algumas soluções que antigamente eram sofisticadas e caras como a hélice-

contínua, já apresentam grande participação no mercado em função da redução do custo e da

rapidez de execução.

4.2 FUNDAÇÕES RASAS

Dentre as soluções possíveis, as fundações superficiais ou diretas como também são

chamadas, são usualmente as mais econômicas. Uma vez que sua execução não necessita de

equipamentos especiais. No entanto, esse tipo de fundação só pode ser aplicada, quando o

solo analisado apresenta uma boa resistência e uma baixa deformabilidade em suas camadas

superficiais.

4.2.1 SAPATA

Analisando as fundações diretas, a mais usual é a sapata, que transfere os esforços da

estrutura por meio de uma base alargada como segue abaixo:

Figura 14. Estrutura de Sapata

Fonte: – Associação Brasileira de Cimento Portland (Fundação).

31

São classificadas como fundações rasas, estruturas que se apóiem até três metros da

superfície da estrutura, não considerando subsolos. Outra característica deste sistema é o seu

tamanho em área, que para estruturas correntes de concreto armado e que apresentam vãos de

4 a 5m, não se costuma exceder 9,00 m² na área da base da sapata, de forma que possa ser

economicamente viável. O valor dos recalques que aparecem nas sapatas, também precisam

ser compatíveis com a superestrutura.

Para o sistema de alvenaria estrutural, a utilização de sapatas corridas pode ser um

prática muito eficiente, uma vez que ao longo de toda a alvenaria existirá um elemento de

fundação que transmitirá as solicitações para a fundação. Dessa maneira, não haverá

transmissão de cargas em vigas-baldrame e o carregamento na primeira fiada será o mais

uniforme possível.

4.2.2 RADIER

A fundação em radier é uma estrutura que pode ser executada em concreto armado ou

protendido, eles recebem todas as cargas através de pilares, alvenarias da edificação, cargas

distribuídas de tanques, depósitos ou silos, distribuindo-as de forma uniforme ao solo.

O radier é uma fundação direta que engloba todas as cargas que chegam à fundação

sob uma única placa de concreto. E ao ser comparado as sapatas, esta solução se adapta

melhor para menores cargas, sendo indicados para no máximo pequenos prédios de 4 a 5

pavimentos.

As fundações em radier são utilizadas quando as áreas das sapatas se aproximam umas

das outras ou mesmo interpenetram (em consequência de cargas elevadas nos pilares e/ou de

tensões de trabalho baixas) ou quando se deseja uniformizar os recalques (através de uma

fundação associada).

Basicamente o radier é uma laje continuamente suportada pelo solo, com carga de

projeto uniformemente distribuída. A laje pode ser uniforme ou de espessura variável, e pode

conter elementos de enrijecimento como nervuras ou vigas. A laje pode ser de concreto

simples, concreto reforçado ou concreto protendido. O reforço de aço é utilizado para os

efeitos de retração e temperatura ou carregamento estrutural. A caracterização da rigidez da

placa pode ser rígida ou flexível. Um elemento estrutural rígido é aquele que tem grande

rigidez a flexão, como um radier nervurado ou em caixão.

32

4.3 FUNDAÇÕES PROFUNDAS

Com intuito de viabilizar tecnicamente as edificações que não podem ser executadas

com fundações diretas, as fundações profundas são projetadas para solos que não apresentam

resistência mínima necessária nos primeiros metros. Assim, é prática comum de escritórios

projetistas utilizarem fundações profundas em locais onde a fundação deve ser apoiada abaixo

de 3 metros de profundidade, ou em situações onde a taxa de trabalho do solo seja muito

baixa e a fundação superficial necessite de uma área de sapata muito grande.

A resistência neste tipo de subestrutura se dá em duas partes, primeiramente é

considerada uma parcela em função da resistência de ponta, que leva em conta o contato da

ponta da estrutura e o solo, e em seguida se calcula a resistência do atrito lateral do fuste com

o solo. Esse tipo de fundação consegue soluções para todos os tipos de arquitetura correntes

podendo, no entanto, não ser o mais econômico.

Basicamente existem duas tipologias de fundações profundas, as estacas (que podem

ser feitas de várias maneiras) e os tubulões (que pode ser executado a céu aberto ou

pressurizado), sendo que ambas têm o mesmo princípio básico de funcionamento, ou seja,

transmitir os esforços da estrutura em um ponto do solo que tenha capacidade de absorvê-las.

E estas estacas utilizam do atrito lateral do fuste com o solo e a carga de ponta para transferir

todo carregamento que chega da estrutura ao solo.

4.3.1 TUBULÕES

A fundação projetada com tubulões em geral é utilizada em obras com níveis de cargas

consideráveis, principalmente em obras de médio e grande porte. Para sua execução é

necessário que um operário escave o fuste da estrutura, perfurando o solo até a profundidade

dimensionada em projeto. Para que isso ocorra, a menor dimensão permitida por norma de um

tubulão é 70 cm, de maneira que permita a entrada de ar e a movimentação de um operário

dentro do fuste e da base do tubulão. Em relação à execução desta estrutura existem alguns

fatores que podem inviabilizá-la, primeiro em relação ao tipo de solo, uma vez que solos

colapsíveis podem trazer riscos de vida ao operário que está escavando o solo. Outro ponto

que deve ser levado em conta no projeto é o nível d’água do terreno, pois se estiver dentro do

comprimento do fuste do tubulão, deve ser prevista alguma solução como o uso de ar

comprimido, ou rebaixo do nível do lençol freático.

33

Figura 15. Tubulão a ar comprimido


4.3.2 ESTACAS ESCAVADAS

Para execução destas estacas é necessário a utilização de equipamentos especiais,

como trados mecanizados e perfuratrizes. Esses equipamentos variam de acordo com o tipo de

estaca que será confeccionada e com tipo de solo em que se pretende construí-las.

Existem no mercado várias técnicas que permitem a execução de estacas, porém, cada

um tem característica que pode beneficiar ou prejudicar a execução, dependendo das

características do local aonde serão executadas. O primeiro fator limitante para a execução de

estacas moldadas no local é a presença d’água, pois a escavação só pode ser feita acima do

nível d’água, exceto nos casos em que se realiza drenagem por bombeamento. Outra

característica que deve ser analisada no subsolo é a possibilidade de desmoronamento do furo,

uma vez que deve ser verificado na estratigrafia se existe matérias como areias moles,

prevendo assim o um encamisamento do furo.

Quanto às condições de vizinhança, a execução das estacas moldadas no local não gera

impactos nem às pessoas (ruídos), nem às construções vizinhas (vibrações).

34

A capacidade de carga dos elementos: estaca broca, estaca apiloada e estaca rotativa é

de cerca de 50 a 150 kN, conferindo-lhe a possibilidade de ser usada nas em obras

convencionais da construção civil de menor porte, como prédios de 4 pavimentos.

No que se refere ao custo, esses tipos de estacas são econômicas para pequenas obras,

pois o gasto inerente à execução é relativamente baixo, justificado pelo uso de equipamentos

baratos e mão de obra desqualificada.

4.3.3 HÉLICE CONTÍNUA

As estacas do tipo hélice contínua, são as mais comuns dentre as construções de médio

e grande porte, em função da alta produtividade de execução. São produzidas basicamente por

um trator com um trado que perfura o solo, e após a perfuração do solo, o trado volta para a

superfície bombeando concreto no fundo da vala por uma mangueira que é ligada ao centro do

trato.

Figura 16. Hélice Contínua


35

Esse tipo de estaca apresenta escavação mecanizada (através do torque da hélice) e sua

concretagem se dá na subida da mesma (por meio de um cilindro central). Como o concreto é

bombeado com pressão, não há como a água penetrar no fuste e mudar o traço do concreto,

assim o nível d’água não é fator limitante ao seu uso. Com relação ao desmoronamento do

furo, isso não é possível devido ao fato de o solo escavado se encontrar sobre a hélice, sendo

retirado quando da subida da mesma e, portanto, durante a concretagem. Sua utilização fica

comprometida na presença de matacão, pois o equipamento não tem força suficiente para

romper grandes pedras.

Os ruídos e as vibrações são muito pequenos na execução da estaca escavada com

hélice contínua, uma vez que consiste num processo dinâmico- movimento de descida da

hélice.

Quanto à capacidade de carga, o elemento estrutural apresenta resistência de 350 a

5000 kN, o que torna possível sua utilização em uma grande gama de projetos, de médio e

grande porte.

36

5. PREVISÃO DA CAPACIDADE DE

CARGA

Para se projetar uma fundação, deve-se verificar se a estrutura suporta as deformações

(recalques) na sua condição de trabalho (estado limite de utilização, definido pela estrutura),

bem como verificar a adequação do fator de segurança da carga admissível adotada em

relação à sua ruptura geotécnica (estado limite ultimo definido pelo solo, apud HACHICH et

al, 1996). Segundo Alonso (2004), a estimativa de recalques não é o método de projeto mais

empregado no Brasil. Isso leva à exigência de se estimar do melhor modo possível a condição

de estado limite último, para que se possa estabelecer a carga admissível para fundação, a

partir da adoção de fatores de segurança ponderados (minoração das resistências e majoração

dos esforços) que conduzam a uma condição de trabalho aceitável a estrutura.

Com relação a esta condição de estado limite último, emprega-se aqui o termo

“capacidade de carga” na forma generalista (AOKI, 1999) descriminando-se, quando for o

caso, a condição de “ruptura convencional” (carga limite para um recalque arbitrário). Os

métodos para determinação desta capacidade de carga podem ser teóricos, empíricos ou

semiempíricos e a interação entre eles é fundamental para que se interprete melhor as

características do solo.

5.1 O USO DO ENSAIO SPT

No Brasil, o ensaio de campo mais utilizado é o SPT (Standart Penetration Test) ou

Sondagem de Simples Reconhecimento, regido pela norma NBR 6484 (Hachich, 1996). Ele é

considerado, por uma série de autores como de finalidade exclusiva para reconhecimento do

perfil do solo mediante a amostragem para fins de caracterização de consistência ou

compacidade do solo.

De qualquer forma, diversos autores propuseram correlações entre os resultados desse

ensaio demonstrando que o SPT também pode ser um indicador da resistência esperada para o

solo, embora com maior dispersão do que um prova de carga. Os primeiros métodos

brasileiros publicados com uso do SPT foram Aoki-Velosso (1975) e Décourt-Quaresma

(1978), sendo o último mais difundido a partir do ano de 1982 (Hachich, 1996).

37

O ensaio visa avaliar as características do solo de uma região. Para conseguir encontrar

qual a tipologia do solo, deve-se fazer um número de três furos de sondagem, afim de

encontrar um plano. Este plano mostra quais camadas compõe o solo, qual o N-SPT (número

de golpes para penetrar o amostrador no solo nos 30cm finais de cada metro) e o nível d’água.

O número de pontos de sondagem deve ser proporcional ao tamanho da área estudada e

atender um mínimo de três pontos.

5.2 MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS

Diante das dificuldades de aplicação dos métodos teóricos e puramente empíricos, a

engenharia de fundações recorre freqüentemente ao uso de métodos intermediários, ou seja,

os chamados semiempíricos, que alguns autores denominam por “fórmulas estáticas” devido

ao fato de se basearem na análise do equilíbrio de forças (teoria estática) e por contraposição

às chamadas “fórmulas dinâmicas”. Estes métodos podem ser definidos como os que partem

das formulações teóricas já apresentadas completando-as com o estabelecimento das tensões

máximas de atrito e ponta obtidas a partir de correlações empíricas com ensaios de campo

(que eliminam a influência das variáveis relativas à retirada e transporte de amostras do solo

ao laboratório, entre outras). Assim, os ensaios de campo, ou sondagens, são parte essencial

dos métodos semiempíricos.

5.2.1 MÉTODO DE URBANO ALONSO – FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS

Neste trabalho, para a determinação da taxa de trabalho do solo (σ ) em fundações

superficiais será utilizado o método de Urbano Alonso, o qual é descrito pela seguinte

expressão:

sptN*02,0=σ ).(Mpa 20≤SPTN

Para este cálculo deve ser considerada uma média dos valores do SPT dentro de um

bulbo de tensões. Este bulbo é definido pela região do solo que dissipa as tensões da fundação

imediatamente abaixo da interface solo-fundação. No método de Urbano Alonso o

comprimento deste bulbo é definido como duas vezes a menor dimensão da fundação apoiada

sobre o solo.

38

5.2.2 MÉTODO DÉCOURT-QUARESMA – FUNDAÇÕES PROFUNDAS

Décourt (2007) informou que a origem de seu método para estacas escavadas veio do

desejo de tornar práticas a proposições teóricas. Este método é amplamente utilizado na

engenharia brasileira e recebeu reconhecimento internacional devido ao prêmio concedido em

1982, num concurso de previsão de capacidade de carga de estacas escavadas.

Em princípio, esse método foi desenvolvido para estacas do tipo pré-moldadas de

concreto cravadas, o qual foi considerado como estaca de referência. Velloso e Alonso (2000)

comentam que esse método sofreu diversas modificações para incluir outros tipos de estacas e

ajustes nos coeficientes do tipo de solo. Apresenta-se aqui a versão de Décourt (2007), que

sugeriu coeficientes de tipo de estaca e de solo α e β . Assim, por exemplo, as estacas

escavadas em geral deveriam sofrer uma redução no cisalhamento lateral para considerar o

desconfinamento do solo e também na ponta, devido a deficiência de limpeza e compactação

do fundo de escavações durante o processo construtivo. Décourt (2007) ressalva que os

valores estabelecidos desses coeficientes só devem ser usados na ausência de experiência

local, coerentemente como alerta Velloso e Alonso (2002).

Neste método devem consideradas duas parcelas que compõe a capacidade total ( ) de

tensão na estaca, uma referente ao atrito lateral ( FQ ) e outra referente a carga de ponta ( PQ ) e

são definidas pelas seguintes expressões:

43,1pF

QQ+=

• β..qlAQ FUSTEF =

• kANQ PPP ... α=

Onde:

FUSTEA : área do fuste (perímetro vezes o comprimento)

13

)( += médioSPTNql

)(médioSPTN : média dos valores do SPT ao longo do comprimento do fuste;

PN : é a média dos três valores de SPT em torno (embutimento) da ponta (1,0m acima, na

ponta e 1,0m abaixo desta);

39

PA : área da ponta;

k : Coeficiente do tipo de solo da ponta da estaca

α e β : Coeficientes empíricos de tipo da estaca e solo, respectivamente para a ponta e atrito

lateral.

Os valores dos coeficientes empíricos originalmente propostos encontram-se na Tabela 1 e 2.

Tabela 1. Valores dos fatores de correção α e β

Fonte: Análise e Projeto de Fundações Profundas (adaptada de DÉCOURT, 1996)

Tabela 2. Valores do coeficiente k em função do solo junto à ponta

Fonte: Análise e Projeto de Fundações Profundas (adaptada de DÉCOURT, 1996)

Segundo NBR6122/2010, a carga admissível deve ser ponderada segundo a formulação a

seguir:

40

O método Décourt-Quaresma, deve apresentar um valor de carga admissível próximo

ao sugeridos pela norma, este comparativo será avaliado mais adiante. No entanto, para

atender NBR6122/2010, é necessário avaliar a capacidade de carga do elemento estrutural.

Para o estudo de caso, será avaliada uma fundação profunda com estaca escavada, a qual tem

sua carga característica relacionada na Tabela 3.

Tabela 3. Catálogo de estacas escavadas

Estacas Dimensão (cm) Carga de catálogo

)(kNPe

Escavada com trado helicoidal (a seco)

MPae 4=σ

25φ 250

30φ 360

35φ 490

40φ 640

45φ 810

50φ 1000

Fonte:Cintra e Aoki, 2010 p.46

É importante ressaltar que esse método apresenta como forma de consideração do

cisalhamento lateral pela média dos SPT’s e para a ponta considera a média do embutimento

de até 1,0 m acima e 1,0 m abaixo da ponta (3 valores de SPT). Décourt (2007), informa ainda

que este método foi verificado com provas de carga cujo critério de ruptura foi o de recalque

limite para estacas escavadas, considerando como sendo 10% do diâmetro (0,1.D), o que

remete ao conceito de carga de ruptura convencional.

6. COMPARATIVO DE FUNDAÇÕES

POR SISTEMA CONSTRUTIVO

Estruturas concebidas em alvenaria têm uma peculiaridade em relação à distribuição

das cargas para a subestrutura de fundação. Em outros sistemas construtivos, como concreto e

aço, existe a predominância de pórticos, assim os esforços são transferidos da laje para a viga,

e da viga para os pilares, que por sua vez encaminham todas as solicitações para a fundação.

41

No entanto, quando tratamos de alvenaria estrutural, não existe essa concentração dos

esforços, uma vez que são as paredes que terão a função estrutural e distribuirão de maneira

uniforme o carregamento.

Tecnicamente, é possível se utilizar de inúmeras soluções para a fundação de um

edifício em alvenaria estrutural. É cabível a utilização de um sistema superficial como sapatas

e radiers; ou ainda fundação profunda como estacas e tubulões. A escolha da tipologia é

determinada em função das características do solo e as cargas que deverão ser transferidas.

Uma solução para alvenaria estrutural que se aproxima das edificações mais comuns,

são as construções mistas sobre pilotis. Por ser um sistema que trabalha com pilares em

concreto chegando à base das fundações, seu comportamento é semelhante ao de uma

construção convencional de concreto armado, e as questões de transmissão adequada de

cargas se aplicam ao primeiro pavimento, aonde existe ligação entre vigas de concreto armado

e alvenaria estrutural.

6.1 COMPARATIVO ENTRE FUNDAÇÕES

Para elaborar um comparativo entre a tipologia de fundação para edifícios de múltiplos

pavimentos, foram selecionados dois projetos muito similares em relação à altura da

edificação, tipo de fundação (hélice contínua) e o resultado de sondagem (SPT), porém que

foram projetados com sistemas construtivos distintos. Dessa maneira, foi possível verificar

características particulares de cada um dos projetos.

As características que serão avaliadas neste capítulo são: número de blocos de

coroamento (blocos de fundação), dimensões de vigas baldrame, comprimento máximo das

vigas baldrames, carga máxima nos blocos.

Para determinar qual dos pontos de sondagem seria (SPT) representativo para o terreno

foram utilizados os seguintes critérios:

• Nível d’água mais próximo da superfície

• SPT que obteve a pior resistência média

42

6.1.1 FUNDAÇÃO DE EDIFÍCIO EM CONCRETO ARMADO

Este é o projeto da obra Reservatto, o qual foi construído na cidade de Limeira, no

estado de São Paulo. É um empreendimento caracterizado três torres de 15 pavimentos e 8

apartamentos por pavimento. A solução adotada para a fundação foi estacas executadas pela

perfuratriz do tipo “hélice contínua”.

Na Figura 17 é possível observar a locação dos 18 pontos de sondagem.

Figura 17. Locação dos pontos de sondagem.


43

Dentre os pontos de sondagem, o que apresentou o nível d’água mais elevado e a pior

resistência média do solo foi o SP11. Esse furo apresentou uma resistência menor em relação

ao N-SPT dos outros pontos avaliados, e a água foi encontrada a uma profundidade de 7,21m.

Figura 18. Sondagem SP11


44

Em edifícios que utilizam o sistema convencional de concreto armado, existe grande

concentração de cargas nos pilares, os quais são devem ser apoiados por blocos de fundação

(blocos de coroamento) que consigam dissipar estes carregamentos ao solo. Na Figura 19 está

ilustrado o projeto de fundação do edifício, representando blocos de coroamento, vigas

baldrame e estacas.

Figura 19. Estrutura de fundação do projeto de concreto armado


45

Para a avaliação qualitativa deste projeto de fundação, verifica-se que existe grande

concentração de cargas nos maiores blocos de fundação. Neste projeto temos os pilares

apoiados sobre um total de 26 grandes blocos. Em relação às vigas baldrame, a dimensão

verificada nesta estrutura tem seções de 14x50cm (70cm²) e comprimento máximo de 6,03m.

As vigas de travamento neste caso são utilizadas apenas para suportar a alvenaria do

primeiro pavimento, fato este que não se verifica nas vigas baldrame da estrutura para

edifícios em alvenaria estrutural, pois neste segundo sistema, deve-se suportar todo peso da

edificação na estrutura do baldrame.

6.1.2 FUNDAÇÃO DE EDIFÍCIO EM ALVENARIA ESTRUTURAL

Esse segundo estudo de caso se trata da obra Attuale na cidade de Limeira, localizada

próxima à primeira obra descrita. Essa obra é do seguimento residencial e constitui-se de três

torres de 14 pavimentos, com 112 apartamentos por torre. Este projeto também adotou a

perfuratriz do tipo hélice contínua.

A seguir na Figura 20 está ilustrada a implantação do empreendimento e a locação dos

pontos de sondagem:

46

Figura 20. Locação dos pontos de sondagem SPT.


Dentro os pontos de sondagem, foi escolhido para ser representativo da gleba, o SP-

06, o qual mostra que o nível d’água estava a aproximadamente 13 metros, e os primeiros

metros apresentavam baixa resistência. Segue na Figura 21 a sondagem:

47

Figura 21. Sondagem SPT 06 da obra Attuale.


Comparando os resultados obtidos nas sondagens SPT, pode-se verificar que o solo

tem as mesmas características em relação à composição e valores próximos para o N-SPT.

48

Assim a principal característica que influi na determinação da fundação é o tipo de sistema

construtivo. Na Figura 22 está representado o projeto de fundação da obra Attuale.

Figura 22. Projeto de fundação para o edifício de alvenaria estrutural


49

Para a estrutura de fundação neste caso, verifica-se que existem 76 blocos de

coroamento, no entanto têm pequenas dimensões, e apóiam basicamente apenas uma estaca.

As vigas baldrames por outro lado, tem dimensões de 60x80cm (4800cm²) e comprimento

máximo de 2,19 metros.

Assim é possível concluir que neste comparativo entre os dois sistemas construtivos, a

tipologia de fundação é bastante diferente em relação à maneira de como as cargas chegam à

sub-estrutura de fundação e são transferidas ao solo. Na primeira situação os carregamentos se

concentram em grandes blocos sobre grande número de estacas, no segundo modelo, as

estacas estão mais próximas umas das outras e não há grandes blocos.

50

7. ESTUDOS DE CASO

Para a elaboração deste trabalho foi necessária a coleta de projetos com diversas

tipologias de fundações. Dentre estes projetos, foram selecionados os que utilizaram o sistema

de alvenaria estrutural como sistema construtivo, e para análise crítica dos resultados foi

elaborado um modelo de estudo de caso, que abrangerá todas as principais características de

cada projeto.

Uma característica predominante em todos os casos analisados, é que a escolha do

sistema construtivo de alvenaria estrutural, se deu pelo fato de que a arquitetura da edificação

é bem comportada, ou seja, sem grandes aberturas e com paredes contínuas ao longo do

pavimento (ajudando no contraventamento da estrutura). Assim, este sistema consegue

oferecer ao projeto uma modulação precisa de todos os elementos construtivos, tornando a

obra racionalizada e com alta produtividade.

Para a comparação entre os projetos analisados foram verificadas algumas

características da interface fundação/alvenaria verificando se os carregamentos tendem a ser

distribuídos uniformemente pelos elementos de fundação, da mesma forma como os esforços

são distribuídos ao longo dos panos de alvenaria.

Como mencionado no capítulo 5, foram utilizados dois métodos para encontrar a taxa

de trabalho do solo. As fundações em estacas (fundações indiretas ou profundas) foram

verificadas pelo método Décourt-Quaresma e as fundações em radier e tubulões (fundações

diretas) serão verificadas pelo método de Urbano Alonso. Após encontrada a taxa de trabalho

do solo, foi comparada com a carga que foi dimensionada em projeto para o ponto mais

carregado da estrutura (estaca ou tubulão).

Para cada um dos estudos de caso, temos um relatório de sondagem que mostra uma

grande quantidade de pontos (furos de sondagem) que foram avaliados para escolha da

fundação, nestes estudos de caso, foi considerado o SPT que obteve o nível d’água mais

próximo da superfície e a menor média de N-SPT.

51

7.1 ESTUDO DE CASO 01 - ESTACA ESCAVADA

O projeto a seguir, é de um conjunto habitacional realizado na cidade de Limeira, no

estado de São Paulo, este projeto e é composto por onze blocos com trinta e dois apartamentos

por bloco.

Por se tratar de uma obra residencial voltada para a população de baixa renda, temos

algumas características área privativa em torno de 48m² e pequenos vãos. Segue na Figura 23

a implantação da obra:

Figura 23. Implantação do conjunto habitacional.


Para elaboração do projeto de fundações, foram realizados ensaios de caracterização

do solo em vinte pontos espalhados pela gleba, esse ensaio possibilita uma economia

considerável para o empreendimento, uma vez que há grande repetição dos blocos

residenciais. Logo, o projetista conhece melhor a tipologia do solo e projeta uma estrutura de

fundação mais econômica e atende a norma que solicita que no mínimo seja feito o ensaio

SPT.

52

Figura 24. Locação dos pontos de sondagem do Estudo de caso 01.


Após a locação dos pontos, foi executado o ensaio de SPT (Standard Penetration Test),

o qual foi fundamental para caracterização do solo e escolha da fundação a ser adotada. Segue

na Figura 25 o SPT de um dos pontos analisados.

53

Figura 25. SPT de um dos pontos do Estudo de caso 01.


Os dados do ensaio de caracterização do solo mostram que o solo só passa ter

resistência após o décimo primeiro metro de profundidade, assim, uma solução com

fundações rasas seriam pouco eficiente. Dessa maneira foram utilizadas estacas escavadas de

54

pequenos diâmetros e com profundidade de onze metros (ficando próximo ao nível d’água

que foi encontrado com 11,28 metros), adaptando apenas o arranjo dos blocos de estacas para

concentrações de cargas que são variáveis.

Abaixo, segue a prancha de locação de blocos, vigas e estacas de um dos blocos da

obra Alvorada, na qual é possível analisar os diâmetros das estacas, e como foi elaborado o

arranjo de blocos.

Figura 26. Detalhamento do arranjo dos blocos de fundação.


55

Na figura seguinte, esta detalhada a planta de formas do projeto em estacas escavadas, é possível verificar que a estrutura é bem comportada e com pequenos vãos para as paredes estruturais.

Figura 27. Planta de formas das vigas e blocos do baldrame.


56

É possível analisar claramente, que a solução adotada utilizou um número elevado de

estacas com pequenos diâmetros, evitando grandes vãos para as vigas baldrame. E esse fato se

comprova na ultima prancha com a planta de cargas das estacas, o que mostra uma tendência

para a uniformização das cargas, evitando assim o acúmulo de cargas pontuais elevadas.

Figura 28. Planta de cargas da fundação.


57

Pela planta de cargas, foi elaborada uma planilha com todas as cargas que serão

distribuídas nas estacas, de tal maneira que seja possível estimas a carga total da edificação, e

assim estimar qual a carga média por metro quadrado do pavimento.

Tabela 4. Carga por estaca do estudo de caso 01.

PLANTA DE CARGAS - ESTACA ESCAVADA

ESTACA CARGA (t) ESTACA CARGA (t) ESTACA CARGA (t)

E1 12

E26 20

E51 30

E2 22

E27 30

E52 14

E3 15

E28 30

E53 20

E4 15

E29 30

E54 18

E5 15

E30 30

E55 12

E6 15

E31 20

E56 12

E7 15

E32 25

E57 18

E8 15

E33 20

E58 20

E9 22

E34 20

E59 12

E10 25

E35 20

E60 18

E11 22

E36 20

E61 22

E12 15

E37 28

E62 22

E13 15

E38 28

E63 18

E14 15

E39 17,5

E64 12

E15 15

E40 17,5

E65 12

E16 15

E41 17,5

E66 18

E17 15

E42 17,5

E67 22

E18 22

E43 28

E68 22

E19 12

E44 18

E69 18

E20 28

E45 30

E70 12

E21 20

E46 18

E71 20

E22 20

E47 14

E72 18

E23 20

E48 30

E73 12

E24 20

E49 25

E74 12

E25 25

E50 25

E75 18

Na planilha a seguir, estão os dados obtidos com este estudo de caso:

58

Tabela 5. Resumo dos dados analisados do estudo de caso 01.

CARGA POR PAVIMENTO (ESTACA ESCAVADA)

Carga Total (t) 2554

nº Pavimentos 4

Relação t/pav 638,50

área do pavimento (m²) 536,61

Relação t/m² 1,19

7.1.1 VERIFICAÇÃO DA TAXA DE TRABALHO DO SOLO

Para encontrar a carga que pode ser transferida ao solo por essa tipologia de estaca

será verificado qual o carregamento máximo para a estaca mais carregada do edifício, que é a

estaca P71, com diâmetro de 40 cm e carga de 30 tf. Para calcular a carga na estaca será

utilizado o método de Décourt-Quaresma:

Equação referente à parcela do atrito na resistência da estaca:

β..qlAQ FUSTEf =

8,1311.2,0..2...2 === ππ lrAFUSTE ²)(m

21,313

11

2115977432221

=+

++++++++++

=ql

=β 0,80 (Estacas escavadas x Argilas)

4,3580,0.21,3.8,13 ==fQ )(tf

Equação referente a carga de ponta:

KANQ PPP ... α=

7,193

232115=

++=PN

125,04

²4,0.

4

².===

ππ DAP ²)(m

85,0=α (Estacas escavadas x Argilas)

59

200=K ²)/( mkN

418200*85,0*125,0*7,19 ==PQ )(kN

8,41=PQ )(tf

Equação da carga total:

7,374

8,41

3,1

4,35

43,1=+=+= pf QQ

)(tf

Verificação pelo critério da NBR6122/2010:

1 6,382

8,414,35

2=

+== rQ )(tf

2 25,448,0

4,35

8,0=== fQ

)(tf

3= Pela Tabela 3, temos que a capacidade de carga de uma estada com 40φ é de 64 )(tf

Assim, temos que a seguinte situação:

= 1 6,38= )(tf

Comparando o resultado obtido pelo método Décourt-Quaresma e a NBR6122/2010,

foi encontrado uma variação de 2,3%. Adotando o valor encontrado pelo método como tensão

admissível (a favor da segurança por ser o menor entres as tensões encontradas), o fator de

segurança (FS) adotado pelo projetista é de 1,25.

A adoção de estacas escavadas como fundação, foi bem dimensionada para esta

edificação, uma vez que fundações diretas (superficiais) não poderiam ser empregadas, pois o

solo nas primeiras camadas tem pouca resistência. Por outro lado, utilização de hélice seria

uma opção que possibilitaria um ganho na produtividade de estacas, e um aumento no custo

da estrutura de fundação. Assim a utilização de estacas escavadas é uma boa opção por ser

técnica e economicamente viável.

60

7.2 ESTUDO DE CASO 02 – RADIER

Este projeto como os outros dois também é para atender a população de mais baixa

renda, e apresenta apartamentos com aproximadamente 50m². Uma das características deste

projeto é que segue os padrões dos outros projetos, ou seja, os vãos internos são pequenos (4 e

5 metros) e a estrutura como um todo é bem comportada.

Neste estudo de caso, não temos a implantação do empreendimento, apenas a locação

dos pontos de sondagem como segue na Figura 29:


Fonte: – Cedida pela Arco Engenharia.

Dentre os pontos de sondagem, foi escolhido o SPT de número 126, como segue na Figura 30:

61

Figura 30. Sondagem SPT


62

Pela análise da sondagem SPT da Figura 30, é possível verificar que o nível d’água foi

encontrado muito próximo a superfície do terreno (2,10m de profundidade), assim a solução

em fundação superficial seria uma opção considerável. Outro ponto que dificulta a execução

de fundação profunda é que o solo não apresenta grande aumento na resistência nas camadas

mais baixas (N-SPT=7 nos dois primeiros metros e N-SPT=16 à 9 metros, que é o melhor

solo apresentado neste SPT). Dessa forma foi estipulada a escolha do radier como fundação

da edificação. Abaixo segue um detalhe de um corte esquemático do radier:

Figura 31. Detalhe do Radier (perímetro)


Esta fundação não é uma não é radier comum, pois apresenta algumas pequenas

estacas ao longo da laje. Esses pontos estão locados no encontro das paredes e na alvenaria

que limita aberturas, coincidindo com os pontos de graute da alvenaria estrutural. Assim, pode

ser uma estrutura que ajuda na ancoragem das barras de aço dos pontos de graute. Uma vez

que por serem estruturas pequenas para uma estacas (25cm de comprimento), contribuem

pouco para transmissão de cargas da estrutura ao solo. Na Figura 32 é possível verificar outro

corte que representa essa estrutura saliente no radier.

63

Figura 32. Detalhe do Radier (interno)


Um ponto diferente dos que foram analisados até aqui, é que a divisão de cargas no

radier deve ser feita uniformemente por toda região de contato alvenaria-radier. No entanto,

para efeito de dimensionamento, a o projetista distribui alguns pontos nas extremidades das

alvenarias e coloca uma carga teórica concentrada (como nos projetos de fundação profunda).

Assim a análise dos dados foi similar a dos outros projetos.

A seguir na Figura 33 está ilustrada a prancha de fundação, com laje do radier e a

locação dos pontos dos “cravos” da laje. Nesta prancha existe uma tabela com a carregamento

em cada um destes pontos, a qual está reproduzida na Tabela 8.

64

Figura 33. Planta de forma do Estudo de caso 02.


65

Com a locação dos pontos, foram somadas todas as cargas, e assim encontradas os

índices de carga por metro quadrado do pavimento e os indicadores de resistência que serão

comparados entre os estudos de caso.


PLANTA DE CARGAS - RADIER

PONTO DE

CARGA CARGA (t)

PONTO DE CARGA

CARGA (t)

PONTO DE CARGA

CARGA (t)

E1 17

E26 19

E51 42

E2 28

E27 20

E52 27

E3 11

E28 37

E53 37

E4 5

E29 84

E54 24

E5 6

E30 36

E55 12

E6 11

E31 21

E56 32

E7 26

E32 20

E57 36

E8 25

E33 40

E58 28

E9 25

E34 38

E59 28

E10 11

E35 32

E60 36

E11 5

E36 39

E61 32

E12 6

E37 32

E62 32

E13 11

E38 39

E63 33

E14 28

E39 12

E64 28

E15 17

E40 24

E65 28

E16 20

E41 36

E66 36

E17 30

E42 27

E67 32

E18 35

E43 42

E68 21

E19 20

E44 26

E69 30

E20 20

E45 35

E70 20

E21 30

E46 35

E71 21

E22 35

E47 27

E72 30

E23 20

E48 25

E73 20

E24 38

E49 36

E74 19

E25 40

E50 27

E75 28

66

Na planilha a seguir, estão os dados obtidos com este estudo de caso:

Tabela 7. Resumo dos dados do estudo de caso 02.

CARGA POR PAVIMENTO (RADIER)


nº Pavimentos 5





Neste estudo de caso, a escolha do radier como estrutura de fundação, pode ser

justificada pelo solo com baixa resistência nas camadas mais profundas e pela existência do

nível d’água muito próximo à superfície. O edifício analisado foi o bloco 6, que está apoiado

na cota +32,45m, e o SPT referente ao SP-126, que indica um início de sondagem na cota

32,34. Assim é possível verificar que o edifício será construído em uma cota próxima a cota

natural do terreno, sem grandes escavações, e principalmente sem chegar no nível d’água.

Para verificação da taxa de trabalho do solo será utilizado o método de Urbano Alonso,

adotando como comprimento do bulbo de tensões (B) igual a menor dimensão do radier (entre

comprimento e largura). Segue abaixo a determinação da taxa de trabalho do solo:


Considerando B=menor dimensão do radier, temos B=11m

45,911

1191615111285737=

++++++++++=sptN

189,045,9.02,0*02,0 === sptNσ )(MPa

9,18=σ ²)/( mtf

67

Neste estudo de caso, encontramos o peso total da edificação de 2228 toneladas, e à

área do pavimento de 400,37 m², assim a taxa de trabalho do radier deve ser de 5,56 ²)/( mtf ,

dessa forma é possível avaliar que o projetista adotou um valor dentro do limite da taxa de

trabalho do solo.

Observa-se também que na sondagem há aterro nos primeiros metros. Provavelmente

antes da execução do radier esse aterro não compactado foi substituído por outro aterro

compactado que melhora o valor da taxa de trabalho do solo. Isso é comum ser executado em

solução tipo radier: escavar e reaterrar com controle de compactação realizando, portanto, um

melhoramento do solo usado como apoio.

Neste estudo de caso, a utilização do radier pode não ter sido a melhor alternativa, uma

vez que as primeiras camadas do solo não apresentam boa resistência, e provavelmente foi

feita melhoria do solo antes da construção da estrutura de fundação. Para esta edificação, uma

solução que se adequaria ao nível d’água (que é próximo à superfície do terreno) e ao tipo de

solo (sem matacões) seria a execução de estacas do tipo hélice contínua ou mesmo estacas

cravadas. Essas estacas poderiam se apoiar na cota de 8 metros abaixo da superfície, aonde o

solo apresenta resistência moderada )16( =− SPTN . Utilizando essas outras tipologias de

fundação, não seria necessário nenhum procedimento de melhoria do solo.

7.3 ESTUDO DE CASO 03 – TUBULÃO

Este estudo de caso trata-se da obra de um conjunto habitacional na cidade de São

Carlos, chamado de Monte Azul. É caracterizado por atender as classes de mais baixa renda e

tem apartamentos com aproximadamente 41 metros quadrados. O projeto é constituído de 15

torres, com 5 pavimentos cada uma e 4 apartamentos por andar.

A seguir na Figura 34 temos a implantação do conjunto habitacional, mostrando a

disposição das torres na área do empreendimento.

68

Figura 34. Implantação do conjunto habitacional Monte Azul.

Fonte: – Cedida pela construtora MRV.

69

Foram realizados 33 pontos de sondagem, os quais encontraram diferentes resistências

do solo, assim o projetista dimensionou duas soluções para as fundações. Para os blocos

1,2,3,4,5 e 6 foram dimensionados tubulões (e é este projeto que servirá de estudo de caso).

Na outra região que compreende os blocos 7,8,9,10,11,12,13,14 e 15 foram especificadas

estacas escavadas. Abaixo segue a planta de locação das sondagens.



70

Pela sondagem SPT, o solo encontrado é de baixa resistência nas camadas superficiais,

assim o projetista dimensionou os tubulões mais carregados apoiados na cota de 6 metros

como mostra na Figura 38, e os tubulões menos carregados com 3 metros.

Abaixo segue o SPT, indicando as resistências das cotas em que os tubulões vão estar

apoiados.

Figura 36. Sondagem SPT


71

Abaixo as duas figuras mostram os detalhes das estruturas de fundação, mostrando as

características do tubulão (diâmetro da base, diâmetro do fuste, dimensões do alargamento da

base).

Figura 37. Detalhe do tubulão.


Os comprimentos L1 e L2 estão descritos na Figura 38, sendo que o primeiro é

referente ao comprimento do fuste e o segundo é o comprimento que deve ser deixado para

arranque da estaca e transpasse.

72

Figura 38. Tabela de comprimento da armação do fuste.


Na Figura 39 é possível verificar a planta de cargas da fundação, a qual forneceu

dados para análise dos carregamentos nas alvenarias e carga por metro quadrado.

73

Figura 39. Planta de cargas da obra Monte Azul


74

Com a prancha de carregamento em cada tubulão, foi possível construir um quadro relacionando todas as cargas que são distribuídas através da fundação para o solo, como segue na Tabela 8.


PLANTA DE CARGAS - TUBULÃO

BLOCO 1

TUBULÃO CARGA (t)

TUBULÃO CARGA (t) PF 1 11,0

PF 26 46,5

PF 2 32,5 PF 27 47

PF 3 32,5 PF 28 46,5

PF 4 32,5 PF 29 22,5

PF 5 11,0 PF 30 9,5

PF 6 9,5 PF 31 9,5

PF 7 9,5 PF 32 11

PF 8 22,5 PF 33 32,5

PF 9 46,5 PF 34 32,5

PF 10 47,0 PF 35 32,5

PF 11 46,5 PF 101 42

PF 12 22,5 PF 102 28,5

PF 13 11,5 PF 14 27,5 PF 15 45,5 PF 16 51,0 PF 17 21,0 PF 18 12,0 PF 19 11,5 PF 20 27,5 PF 21 45,5 PF 22 51,0 PF 23 21,0 PF 24 12,0 PF 25 22,5

BLOCO 2

TUBULÃO CARGA (t)

TUBULÃO CARGA (t) PF' 1 11,0

PF' 26 46,5 PF' 2 32,5

PF' 27 47 PF' 3 32,5

PF' 28 46,5 PF' 4 32,5

PF' 29 22,5 PF' 5 11,0

PF' 30 9,5 PF' 6 9,5

PF' 31 9,5 PF' 7 9,5

PF' 32 11 PF' 8 22,5

PF' 33 32,5 PF' 9 46,5

PF' 34 32,5 PF' 10 47,0

PF' 35 32,5 PF' 11 46,5

PF' 36 42

75

PF' 12 22,5 PF' 101 28,5

PF' 13 11,5 PF' 14 27,5 PF' 15 45,5 PF' 16 51,0 PF' 17 21,0 PF' 18 12,0 PF' 19 11,5 PF' 20 27,5 PF' 21 45,5 PF' 22 51,0 PF' 23 21,0 PF' 24 12,0 PF' 25 22,5

Tabela 9. Resumo dos dados do estudo de caso 03.

CARGA POR PAVIMENTO - TUBULÃO


nº Pavimentos 5





Para este estudo de caso, será comparada a carga no tubulão PF-16 que é o mais

carregado da estrutura, com 49tf e uma base alargada de 1,55m de diâmetro. Na consideração

de cálculo de tubulões, a resistência do atrito lateral do fuste não é considerada para a carga

de trabalho do tubulão, é somente considerada para sustentar o peso próprio da estrutura do

tubulão.

Como mencionado anteriormente os tubulões mais carregados terão comprimento de

seis metros, e estarão apoiados numa cota nove metros abaixo do nível do SPT analisado (em

função da terreno natural não ser regular). Assim temos as seguintes expressões:

Considerando 10,355,1*2.2 === φB )(m

76

7,143

151613=

++=sptN

Carga real de projeto na base do tubulão:

26

4

²55,1.0,49

4

².0,49

===ππ

σD

²)/( mtf

Assim comparando os valores, é possível verificar que a tensão aplicada pelo tubulão é

menor que a tensão admissível. O fator de segurança (FS) adotado pelo projetista foi de

aproximadamente de 15%, e a escolha deste tipo de fundação foi boa opção, uma vez

fundações diretas (superficiais) não podem ser aplicadas pois o solo tem baixa resistência nas

primeiras camadas. Um ponto que poderia ser melhorado considerando que esta fundação

seria para uma estrutura em alvenaria estrutural, seria a utilização de estacas de menor

diâmetro. Dessa forma, haveria uma menor concentração de cargas e um maior número de

estacas.

7.4 ANÁLISE DA TAXA DE CARGA POR METRO QUADRADO

Todos os estudos de caso foram analisados e as principais informações foram tabeladas, a

fim de conseguir comparar quantitativamente os dados obtidos em cada um. Primeiramente

foram verificadas as cargas nas fundações e a área do pavimento, podendo assim encontrar

que o valor 1,14 (tf/m²) é uma média que pode ser considerada (segundos os estudos de caso

realizados) para edificações bem comportadas e de altura até cinco pavimentos.

Tabela 10. Resumo dos dados encontrados

RESUMO DE RESULTADOS

CARGA POR METRO QUADRADO

TIPO DE FUNDAÇÃO t/m²

TUBULÃO 1,14

77

RADIER 1,11

ESTACA ESCAVADA 1,19

Média (t/m²) 1,14

8. CONSIDERÇÕES FINAIS

Durante a pesquisa foram feitas entrevistas com dois projetistas de edifícios em alvenaria

estrutural, a fim de discutir algumas questões sobre considerações de fundação para edifícios

do estudo de caso.

Segundo Lucas Nabarret, engenheiro projetista do escritório Agostini Engenharia o efeito

arco é considerado para alvenarias cujo vão entre os apoios rígidos (neste estudo caso, foram

às estruturas de fundação) é superior ao pé-direito da parede, dessa maneira é comum que as

regiões mais próximas aos pontos de maior rigidez acumulem mais tensões.

Uma maneira de minimizar o efeito arco na alvenaria, seria projetar fundações que

conseguissem dissipar o carregamento uniformemente distribuído, como sapata corrida ou

radier, no entanto, essas soluções são aplicáveis somente em casos onde a resistência do solo é

elevada em suas camadas mais superficiais.

Assim quando não é possível projetar uma fundação superficial para a alvenaria

estrutural, é importante controlar a flecha nos elementos de concreto, pois dessa maneira não

haverá patologias na alvenaria nem o efeito arco.

O segundo projetista optou por não se identificar, mas também projeta edifícios em

alvenaria estrutural só que na região de Campinas. Em entrevistas foi discutido sobre quais

melhores soluções de fundações para alvenaria estrutural que o escritório aonde trabalha

encontrou. De acordo com esse projetista, o principal ponto para o melhor dimensionamento

de uma solução de fundação “feita sob medida” para alvenaria estrutural é uma solução que

consiga descarregar as solicitações da superestrutura, da mesma forma com que elas são

transferidas ao longo da alvenaria, de maneira uniforme e distribuídas. No entanto, como a

capacidade de carga das fundações diretas são relativamente baixas, é necessário que as

fundações profundas façam parte do escopo de opções.

78

Assim, uma forma de minimizar a concentração de cargas nos elementos de alvenaria é

diminuir ao máximo a amplitude do carregamento, de tal maneira que os pontos mais

carregados e os menos carregados apresentem a mesma ordem de grandeza (e se possível que

sejam próximos).

Contudo para conseguir esse efeito, em uma situação de estacas, por exemplo, uma

solução seria reduzir o diâmetro das estacas mais carregadas e aumentar o número de estacas.

Com isso teríamos uma situação em que os vãos entre apoios rígidos da alvenaria

diminuiriam.

Para selecionar projetos para o estudo de caso, foi solicitado aos projetistas um edifício

que adotou o sistema construtivo de alvenaria estrutural e fundação em sapata corrida, que

seria a solução mais adequada do ponto de vista do efeito arco. No entanto, nenhum dos

escritórios tinha nenhum projeto com essas especificações.

Concluindo, a escolha do tipo de fundação mais adequado, é fundamental para o projeto

de alvenaria estrutural ser bem sucedido. Mas, existem outros pontos que são mais relevantes

do que a escolha do tipo de fundação. Assim as soluções como radiers e sapatas corridas, são

consideradas como uma “primeira opção”, mas os fatores como resistência do solo e controle

de deformações (controle de flecha) são mais significativos.

79

9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

NBR 6122: Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro, 2010.

NBR 6136: Bloco vazado de concreto simples para alvenaria estrutural. Rio de Janeiro, 2006.

NBR 12118: Bloco vazado de concreto simples para alvenaria: método de ensaio. Rio de Janeiro, 2010.

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ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIPMENTO PORTLAND – ABCP. Manual de Estruturas: Fundação. 12p.

CAMACHO, S J. Projeto de alvenaria estrutural: NEPAE - Núcleo de Ensino e Pesquisa em Alvenaria Estrutural. Ilha Solteira: Universidade Estadual de São Paulo, 2006. 41 p.

CAMACHO, J.S.; ANDOLFATO, R.P.; LODI, P.S... Considerações sobre fundações de edifícios de alvenaria estrutural. Núcleo de ensino e pesquisa de alvenaria estrutural – NEPAE. Ilha solteira – 2002.

CAPUZZO NETO, V. Estudo teórico e experimental da interação de paredes de alvenaria estrutural submetidas a ações verticais: São Carlos: Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, 2000. 162 p. Dissertação (mestrado).

80

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CORREA, M R S; A RAMALHO, M. Procedimento para análise de edifícios de alvenaria estrutural submetidos a ações verticais: In: INTERNATIONAL SEMINAR ON STRUCTURAL MASONRY FOR DEVELOPING CONTRIES. Florianópolis: Univ. Ed. Santa Catarina /universityOf Edinburgh/antac, 1994. 305-314 p.

CINTRA, J.C.A. ; AOKI, N. Fundações por estacas – Projeto Geotécnico. São Paulo. Oficina dos Textos. 2010. 96p.

DÉCOURT, L; QUARESMA, A.R.; Como calcular (rapidamente) a capacidade de carga limite de uma estaca. Revista Construção, São Paulo, n1800, ago. 1982. Separata.

DÉCOURT, L. Análise e Projeto de Fundações Profundas – Estacas. In: Fundações: teoria e prática. 1 ED. São Paulo – SP: ABMS/ABEF/Pini, 1996. P.265-301.

DUPAS, M. A. Pesquisando e Normalizando: Noções Básicas e Recomendações Úteis para Elaboração de Trabalhos Científicos, EdUFSCar, 2004, 71p. (serie apontamentos)

FREITAS, J. A. Construção Civil II – Alvenaria Estrutural. Universidade Federal do Paraná. Curitiba, 2010.

GREVEN, A.G.; BALDAUF, A.S.F.; Introdução à coordenação modular da construção no Brasil: uma abordagem atualizada. Coleção Habitare – FINEP. Porto Alegre – RS. 2007 72p.

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PARSEKIAN, G.A.; HAMID, A.H; DRYSDALE, R.G. Comportamento e Dimensionamento de Alvenaria Astrutural. São Carlos: EduFSCar, 2012. 24-222p.

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RAMALHO, M.A.; CORRÊA, M.R.S. Projeto de edifícios de alvenaria estrutural. São Paulo: Pini, 2003.

RAUBER, F.C.; Contribuições ao projeto arquitetônico de edifícios em alvenaria estrutural. 2005 111p. Dissertação (mestrado) – Universidade Federal de Santa Maria – Rio Grande do Sul.

TAUIL, C. A.; Alvenaria Estrutural: Vantagens para o construtor e à sociedade. Disponível em: http://www.portalvgv.com.br. Acesso em 02/05/2012.

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82

10. ANEXOS

estudo de caso 01 - ESTACA ESCAVADA (CROQUI DO CORTE)

Verificação da taxa de trabalho do solo

Para encontrar a carga que pode ser transferida ao solo por essa tipologia de estaca

será verificado qual o carregamento máximo para a estaca mais carregada do edifício, que é a

estaca P71, com diâmetro de 40 cm e carga de 30 tf. Para calcular a carga na estaca será

utilizado o método de Décourt-Quaresma:

Equação referente à parcela do atrito na resistência da estaca:

β..qlAQ FUSTEf =

8,1311.2,0..2...2 === ππ lrAFUSTE ²)(m

21,313

11

2115977432221

=+

++++++++++

=ql

=β 0,80 (Estacas escavadas x Argilas)

4,3580,0.21,3.8,13 ==fQ )(tf

83

Equação referente a carga de ponta:

KANQ PPP ... α=

7,193

232115=

++=PN

125,04

²4,0.

4

².===

ππ DAP ²)(m

85,0=α (Estacas escavadas x Argilas)

200=K ²)/( mkN

418200*85,0*125,0*7,19 ==PQ )(kN

8,41=PQ )(tf

Equação da carga total:

7,374

8,41

3,1

4,35

43,1=+=+= pf QQ

)(tf

Verificação pelo critério da NBR6122/2010:

1 6,382

8,414,35

2=

+== rQ )(tf

2 25,448,0

4,35

8,0=== fQ

)(tf

3= Pela Tabela 3, temos que a capacidade de carga de uma estada com 40φ é de 64 )(tf

Assim, temos que a seguinte situação:

= 1 6,38= )(tf

Comparando o resultado obtido pelo método Décourt-Quaresma e a NBR6122/2010,

foi encontrado uma variação de 2,3%. Adotando o valor encontrado pelo método como tensão

84

admissível (a favor da segurança por ser o menor entres as tensões encontradas), o fator de

segurança (FS) adotado pelo projetista é de 1,25.

A adoção de estacas escavadas como fundação, foi bem dimensionada para esta

edificação, uma vez que fundações diretas (superficiais) não poderiam ser empregadas, pois o

solo nas primeiras camadas tem pouca resistência. Por outro lado, utilização de hélice seria

uma opção que possibilitaria um ganho na produtividade de estacas, e um aumento no custo

da estrutura de fundação. Assim a utilização de estacas escavadas é uma boa opção por ser

técnica e economicamente viável.

ESTUDO DE CASO 02 – Radier (CROQUI DA FACHADA)

verificação da taxa de trabalho do solo

Neste estudo de caso, a escolha do radier como estrutura de fundação, pode ser

justificada pelo solo com baixa resistência nas camadas mais profundas e pela existência do

nível d’água muito próximo à superfície. O edifício analisado foi o bloco 6, que está apoiado

na cota +32,45m, e o SPT referente ao SP-126, que indica um início de sondagem na cota

32,34. Assim é possível verificar que o edifício será construído em uma cota próxima a cota

natural do terreno, sem grandes escavações, e principalmente sem chegar no nível d’água.

85

Para verificação da taxa de trabalho do solo será utilizado o método de Urbano Alonso,

adotando como comprimento do bulbo de tensões (B) igual a menor dimensão do radier (entre

comprimento e largura). Segue abaixo a determinação da taxa de trabalho do solo:


Considerando B=menor dimensão do radier, temos B=11m

45,911

1191615111285737=

++++++++++=sptN

189,045,9.02,0*02,0 === sptNσ )(MPa

9,18=σ ²)/( mtf

Neste estudo de caso, encontramos o peso total da edificação de 2228 toneladas, e à

área do pavimento de 400,37 m², assim a taxa de trabalho do radier deve ser de 5,56 ²)/( mtf ,

dessa forma é possível avaliar que o projetista adotou um valor dentro do limite da taxa de

trabalho do solo.

Observa-se também que na sondagem há aterro nos primeiros metros. Provavelmente

antes da execução do radier esse aterro não compactado foi substituído por outro aterro

compactado que melhora o valor da taxa de trabalho do solo. Isso é comum ser executado em

solução tipo radier: escavar e reaterrar com controle de compactação realizando, portanto, um

melhoramento do solo usado como apoio.

Neste estudo de caso, a utilização do radier pode não ter sido a melhor alternativa, uma

vez que as primeiras camadas do solo não apresentam boa resistência, e provavelmente foi

feita melhoria do solo antes da construção da estrutura de fundação. Para esta edificação, uma

solução que se adequaria ao nível d’água (que é próximo à superfície do terreno) e ao tipo de

solo (sem matacões) seria a execução de estacas do tipo hélice contínua ou mesmo estacas

cravadas. Essas estacas poderiam se apoiar na cota de 8 metros abaixo da superfície, aonde o

solo apresenta resistência moderada )16( =− SPTN . Utilizando essas outras tipologias de

fundação, não seria necessário nenhum procedimento de melhoria do solo.

ESTUDO DE CASO 03 – tubulão (CROQUI DA FACHADA)

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