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1 Manual de Engenharia Civil para Concursos Prof. Victor Maia 2 Sumário 1) Apresentação ....................................................................................................................... 3 2) Geotecnia ............................................................................................................................... 4 a) Solos .................................................................................................................................... 5 b) Rochas ............................................................................................................................... 21 c) Fundações ........................................................................................................................ 24 d) Topografia ........................................................................................................................ 43 3) Edificações ........................................................................................................................... 60 a) Concreto ........................................................................................................................... 85 b) Instalações .................................................................................................................... 105 c) Sistemas Estruturais ................................................................................................. 137 4) Meio Ambiente ................................................................................................................. 161 a) Licenciamento Ambiental ......................................................................................... 161 b) Abastecimento de Água ........................................................................................... 184 c) Saneamento .................................................................................................................. 210 5) Obras Hídricas ................................................................................................................. 255 6) Obras Rodoviárias e de Terra .................................................................................... 293 a) Terraplenagem ............................................................................................................. 293 b) Pavimentação ............................................................................................................... 318 c) Transportes ................................................................................................................... 355 7) Engenharia Legal ............................................................................................................ 383 a) Licitações ....................................................................................................................... 383 b) Avaliação de Imóveis ................................................................................................ 399 c) Legislação profissional pertinente ........................................................................ 430 d) Planejamento Urbano ................................................................................................ 437 8) Programação, gestão e fiscalização de Obras ..................................................... 463 9) Informática e programas computacionais de Engenharia .............................. 528 3 1) Apresentação Sou Analista de Finanças e Controle da CGU, lotado na Presidência da República e formado em Engenharia Civil-Aeronáutica no ITA. Já tive a felicidade antes de ser aprovado na Previc (2011) e na Polícia Federal (Agente 2009 e Perito Engenheiro Civil 2013). Isso só reforça a minha confiança no meu método de estudo. Já ministrei diversos cursos para concursos na área de Engenharia Civil, como para Caixa, MPU, Funasa e INSS. Este Manual é fruto do meu estudo para concurso público e das aulas ministradas em cursos preparatórios e faculdades de Engenharia. Não tem como objetivo cobrir toda a disciplina de Engenharia Civil, o que julgo impossível para um único volume, mas serve de complemento teórico às mais de 4000 questões objetivas e discursivas disponibilizadas gratuitamente no site do QualConcurso. O sucesso em concursos públicos não é fruto da genialidade ou sorte. Trata-se fundamentalmente de motivação, perseverança e principalmente planejamento e organização. Toda a minha metodologia está implementada no QualConcurso. Saber o quanto se está evoluindo e ter tarefas diárias é essencial para estudar em alto nível. Se tiver qualquer dúvida, envie-a para victor@qualconcurso.com.br que terei prazer em ajudar. Espero que aproveite este manual e que tenha sucesso na sua empreitada. Termino esta apresentação com uma frase de Confúcio, que sempre me inspira. Bons estudos! “Em todas as coisas o sucesso depende de uma preparação prévia, e sem tal preparação o fracasso é certo.” http://www.qualconcurso.com.br/ mailto:victor@qualconcurso.com.br 4 2) Geotecnia Geotecnia é a aplicação de métodos científicos e princípios de engenharia para a aquisição, interpretação e uso do conhecimento dos materiais da crosta terrestre e materiais terrestres para a solução de problemas de engenharia. É a ciência aplicada de prever o comportamento da Terra e seus diversos materiais, no sentido de tornar a Terra mais habitável para as atividades humanas. A geotecnia abrange as áreas de mecânica dos solos e mecânica das rochas, e muitos dos aspectos de engenharia da geologia, geofísica, hidrologia e ciências afins. Geotecnia é praticada tanto por geólogos de engenharia e engenheiros geotécnicos. Exemplos de aplicação da geotecnia incluem: a previsão, prevenção ou mitigação de danos causados por desastres naturais, como avalanches, fluxos de lama, deslizamentos de terra, deslizamento de rochas, sumidouros e erupções vulcânicas. A aplicação de solo, rocha e mecânica de água subterrânea para o projeto e realização predita das estruturas de barro, tais como barragens. A previsão de design e desempenho das fundações de pontes, edifícios e outras estruturas feitas pelo homem em termos de solo subjacente e/ou rocha; e controle de enchentes e previsão. 5 a) Solos A mecânica dos solos é uma disciplina da Engenharia Civil que procura prever o comportamento de maciços terrosos quando sujeitos a solicitações provocadas, por exemplo, por obras de engenharia. Todas as obras de engenharia civil, de uma forma ou de outra, apoiam- se sobre o solo, e muitas delas, além disso, utilizam o próprio solo como elemento de construção, como por exemplo, as barragens e os aterros de estradas. Portanto, a estabilidade e o comportamento funcional e estético da obra serão determinados, em grande parte, pelo desempenho dos materiais usados nos maciços terrosos. Karl von Terzaghi é internacionalmente reconhecido como o fundador da mecânica dos solos, pois seu trabalho sobre adensamento de solos é considerado o marco inicial deste novo ramo da ciência na engenharia. Vista da barragem de terra da margem direita da Usina Hidrelétrica Peixe Angical, durante sua construção no rio Tocantins Os solos tem sua origem na decomposição das rochas que formavam inicialmente a crosta terrestre. Esta decomposição ocorre devido a agentes físicos e químicos chamados de agentes de intemperismo. Os principais agentes que promovem a transformação da rocha matriz em solo são: as variações de temperatura, a água ao congelar e degelar, o vento ao fazer variar a umidade do solo, e a presença da fauna e da flora. Além dos agentes de intemperismo, existem também os agentes erosivos que se diferem do primeiro por serem capazes de transportar o material desagregado. De um modo geral o principal agente erosivo é a água que atua na forma de chuva,rio, lagos, oceanos e geleiras. Nos climas áridos, como por exemplo nos desertos, o principal agente causador de erosão é o vento que dá origem à erosão eólica. Desta forma temos dois grandes grupos de solos: os transportados e os não transportados. Os solos transportados sofrem o intemperismo em um local e são transportados e depositados em forma de sedimentos em distâncias variadas, um exemplo deste solo é o aluvião e o colúvio. Já os não transportados, decompõem-se e permanecem no mesmo local, guardando de 6 certa forma, a estrutura da rocha matriz da qual foi originado, os solos residuais são solos não transportados. O solo é composto por um grande número de partículas, com dimensões e formas variadas, que formam o seu esqueleto sólido. Esta estrutura não é maciça e por isso não ocupa todo o volume do solo, ela é porosa e portanto possui vazios. Esses vazios podem estar totalmente preenchidos por água, quando então dizemos que o solo está saturado, podem estar completamente ocupados pelo ar, o que significa que o solo está seco ou com ambos (ar e água) que é a forma mais comum na natureza. Por isso, de modo geral, dizemos que o solo é composto por três fases: sólidos, água e ar. A figura (a) mostra o solo em seu estado natural e a figura (b) mostra, de forma esquemática, as três fases que compõem o solo. O estado do solo é decorrente da proporção em que essas três fases se apresentam, e isso irá determinar como ele vai se comportar. Se o vazios de um solo é reduzido através de um processo mecânico de compactação, por exemplo, a sua resistência aumenta. Outro exemplo: caso o solo esteja seco e lhe é adicionada uma quantidade adequada de água, sua coesão e consequentemente a sua resistência e plasticidade irão aumentar também. Existem diversos índices que correlacionam o volume e o peso das fases do solo, e que nos possibilitam determinar o estado do solo. Os principais índices utilizados para indicar o estado do solo, estão listados abaixo: Umidade do solo: Teor de água contida no solo em função do peso dos sólidos Índice de vazios: Volume de vazios em relação ao volume dos sólidos Porosidade do solo: Volume de vazios em relação ao volume total Grau de Saturação: Teor de vazios preenchidos por água Peso Específico Real dos Grãos: Densidade dos grãos sólidos Peso Específico natural: Densidade do solo in situ Peso Específico Aparente Seco: Densidade do solo in situ excluído o peso da água A umidade do solo (h) é definida como o peso da água (Pa) contida em uma amostra de solo dividido pelo peso seco das partículas sólidas (Ps) do solo, sendo expressa em percentagem. Para determinação do peso seco, o método tradicional é a secagem em estufa, na qual a amostra é mantida com temperatura entre 105 °C e 110 °C, 7 até que apresente peso constante, o que significa que ela perdeu a sua água por evaporação. O peso da água é determinado pela diferença entre o peso da amostra (P) e o peso seco (Ps). O Índice de vazios (e) é expresso como um número, ou seja, é uma grandeza adimensional e, portanto não possui unidade, e é definido como o volume dos poros (Vv) dividido pelo volume ocupado pelas partículas sólidas (Vs) de uma amostra de solo, ou seja: O volume dos sólidos (Vs) é obtido através do ensaio de Massa Específica Real dos Grãos, o volume total da amostra (V) é calculado, por exemplo, pelo Método da Balança Hidrostática e por consequência, o volume de vazio (Vv) é a diferença entre os dois. Os poros dos solos, que apesar de também serem chamados de volume de vazios, podem estar preenchidos com água (quando solo está saturado), com ar (quando o solo está totalmente seco) ou com ambos, que é a forma mais comum encontrada na natureza. Porosidade é a característica de uma rocha poder armazenar fluidos em seus espaços interiores, chamados poros. A matéria é descontínua. Isso quer dizer que existem espaços (poros) entre as partículas que formam qualquer tipo de matéria. Esses espaços podem ser maiores ou menores, tornando a matéria mais ou menos densa. Ex.: a cortiça apresenta poros maiores que os poros do ferro, logo a densidade da cortiça é bem menor que a densidade do ferro. Porosidade pode ser contrastada com permeabilidade: nem sempre uma rocha que contém fluidos em seu interior vai permitir que essa água flua, ou seja permeada, pela rocha. A porosidade do solo (n) é expressa em percentagem, e é definida como o volume dos poros (Vv) dividido pelo volume total (V) de uma amostra de solo, ou seja: *Note a diferença: Índice de vazios (e): Porosidade(n): O Grau de saturação (S) é expresso em percentagem, e é definido como a relação entre o volume de água (Va) e o volume de vazios (Vv) presente em uma amostra de solo, ou seja: O volume de vazio (Vv) é obtido pela diferença entre o volume dos sólidos (Vs), que é calculado através do ensaio de Massa Específica Real dos Grãos, e o volume total da amostra (V) que pode ser calculado, por exemplo, pelo Método da Balança Hidrostática. O volume da água (Va) é obtido na determinação da Umidade do solo. 8 Quando S=100% dizemos que o solo está saturado porque todos os seus poros estão preenchidos com água. Se S=0% significa que o solo está totalmente seco. O peso específico real dos grãos ( ) é definido numericamente como o peso dos sólidos (Ps) dividido pelo seu volume (Vs), ou seja: De um modo geral este valor não varia muito de solo para solo. Não importa se é argila, areia ou pedregulho, pois o fator preponderante é a sua mineralogia, ou seja, depende principalmente da rocha matriz que deu origem ao solo. O ensaio para determinação do peso específico real dos grãos é padronizado no Brasil pela norma ABNT NBR 6508/84. O método consiste basicamente em determinar o peso seco de uma amostra por simples pesagem e em seguida determinar seu volume baseando-se no princípio de Arquimedes. O peso específico natural do solo ( ) é definido numericamente como o peso total do solo (P) dividido pelo seu volume total (V), ou seja: O ensaio mais comum para determinação do peso específico natural do solo in situ é o método do cilindro de cravação, que é padronizado no Brasil pela norma ABNT NBR 09813/87. O método consiste basicamente na cravação no solo de um molde cilíndrico de dimensões e peso conhecidos. O volume do solo será igual ao volume interno do cilindro e seu peso igual ao peso total subtraído do peso do cilindro. Finalmente, o peso específico aparente seco ( ) é definido numericamente como o peso dos sólidos (Ps) dividido pelo volume total (V), ou seja: O valor obtido corresponde ao peso específico que o solo teria se ele perdesse toda a sua água sem, entretanto, variar seu volume. 1. (Cespe – TRE/BA – 2010) Nos estudos das propriedades dos solos, o emprego de algumas relações entre características dos constituintes do solo é decisivo. A respeito dessas relações e das características por elas representadas, julgue o item subsequente. A porosidade de um solo é a razão entre o volume de vazios e o volume total de uma amostra de solo. Resolução: A porosidade do solo (n) é expressa em percentagem, e é definida como o volume dos poros (Vv) dividido pelo volume total (V) de uma amostra de solo, ou seja: 9 Gabarito: C 2. (Cespe – TRE/BA – 2010) Nos estudos das propriedades dos solos, o emprego de algumas relações entre características dos constituintes do solo é decisivo. A respeito dessas relações e das características por elas representadas, julgue o item subsequente. O peso específico aparente de um tipo de solo pode ser determinado em campo com o emprego do processo do frasco de areia. Resolução: O peso específico aparente seco é a relação entrea quantidade de material em peso retirada de um furo feito em uma camada de solo e o volume do furo. Ou seja, o peso do material dividido pelo volume do local onde ele foi retirado é a densidade da camada, que por sua vez quando dividida pela densidade do solo encontrada no ensaio de laboratório vai retornar o grau de compactação em percentual. Para execução desse ensaio, conhecido como frasco de areia, tem que ter sido coletado da camada após tratada (processo em que se coloca o material na umidade ótima e mistura para adquirir homogeneidade) e antes da compactação uma amostra para ensaio de compactação afim de que possa ter a densidade máxima de laboratório. Gabarito: C O termo Caracterização é utilizado em Geotecnia para identificar um grupo de ensaios que visam obter algumas características básicas dos solos com o objetivo de avaliar a sua aplicabilidade nas obras de terra. São muito utilizados no início dos estudos, como por exemplo, em campanhas de campo para pesquisa de potenciais jazidas de argila, cascalho ou areia. A determinação do peso específico real dos grãos fornece uma ideia sobre a mineralogia do material e possibilita cálculos que correlacionam vários parâmetros do solo. Outro ensaio é o de Granulometria o qual é composto pelo Peneiramento, para solos granulares (areias), e pelo Ensaio de Sedimentação, quando o solo é coesivo (argilas). Com isso pode-se obter a curva granulométrica da amostra. 10 Curva granulométrica Peneirador mecânico Concluindo os ensaios desse grupo têm-se o Limite de plasticidade e o Limite de liquidez que são conhecidos como Limites de Consistência. Deles é obtido o Índice de plasticidade. O Limite de plasticidade (LP) é o teor de umidade abaixo do qual o solo passa do estado plástico para o estado semi-sólido, ou seja ele perde a capacidade de ser moldado e passa a ficar quebradiço. Deve-se observar que esta mudança de estado ocorre nos solos de forma gradual, em função da variação da umidade, portanto a determinação do limite de plasticidade precisa ser arbitrado, o que não diminui seu valor uma vez que os resultados são índices comparativos. Desta forma torna-se muito importante a padronização do ensaio, sendo que no Brasil ele é realizado pelo método da norma NBR 7180. O ensaio de determinação do Limite de Plasticidade consiste, basicamente, em se determinar a umidade do solo quando uma amostra começa a fraturar ao ser moldada com a mão sobre uma placa de vidro, na 11 forma de um cilindro com cerca de 10 cm de comprimento e 3 mm de diâmetro. Teste Limite Plasticidade O Limite de Liquidez (LL) é o teor em água acima do qual o solo adquire o comportamento de um líquido. A passagem do estado sólido para o estado líquido é gradual, por consequência, qualquer definição de um limite de fronteira terá de ser arbitrário. É possível determinar o limite de liquidez de um solo através de dois dispositivos: a concha de Casagrande e o penetrómetro de cone. Concha de Casagrande O Índice de Plasticidade (IP) é obtido através da diferença numérica entre o Limite de liquidez (LL) e o Limite de plasticidade (LP), ou seja: O IP é expresso em percentagem e pode ser interpretado, em função da massa de uma amostra, como a quantidade máxima de água que pode lhe ser adicionada, a partir de seu Limite de plasticidade, de modo que o solo mantenha a sua consistência plástica. O Limite de Contração (LC) é definido como a fronteira entre os estados de consistência sólido e semi-sólido. Corresponde ao teor de umidade do solo no momento em que este deixa de apresentar redução de volume, quando submetido à secagem (lenta e à sombra). 12 Com o peso específico real dos grãos, a curva granulométrica e o Índice de plasticidade, é possível saber se o material poderá ser aplicado, por exemplo, em filtros ou drenos, no caso das areias, se poderão ser utilizados em base de rodovias, no caso dos cascalhos ou em aterros, como os siltes e as argilas. 3. (Cespe – TCU – 2009) Para se determinar o limite de contração de um solo, é necessário conhecer a massa específica dos seus grãos. Resolução: Limite de contração do solo é o teor de umidade onde ocorre a transição entre o estado de consistência sólida e semi-sólida, ou, convencionalmente, o máximo teor de umidade a partir do qual uma redução dessa umidade não ocasiona diminuição do volume do solo. Alguns autores o definem como “o menor teor de umidade capaz de saturar uma amostra do solo”, mas é preciso perceber que a saturação (S=Va/Vv) depende também da maneira como as partículas sólidas estejam dispostas, e do estado de tensões a que a amostra esteja sujeita (para um mesmo teor de umidade, podem existir diferentes graus de saturação). Tem símbolo LC e é expresso em percentagem (inteira). O Limite de Contração deve ser determinado sempre que o Índice de Plasticidade for alto. O Grau de Contração indica a tendência de aparecerem fissuras quando sofre secagem, e em consequência sua qualidade para aterro de barragem (permite uma avaliação dos efeitos negativos dos solos de alto IP). O valor do LC tem pouca utilidade prática. Mas quando se executa o ensaio, determina-se também o Grau de Contração, que permite prever e evitar ocorrência de vários acidentes causados por fissuração causada por secagem em maciços. Seu valor tem forte relação com o da expansão (obtido no ensaio CBR) de solos argilosos. Gabarito: C 4. (Cespe – TCU – 2009) Na determinação do teor de umidade de um solo, a massa mínima da amostra úmida a ser utilizada dependerá do tamanho máximo das partículas de solo. Resolução: 13 De fato, na determinação do teor de umidade de um solo, a massa mínima da amostra úmida a ser utilizada será maior para grãos maiores, como se pode ver na tabela abaixo. Esse cuidado é necessário para diminuir o erro na medição. Gabarito: C Tendo em vista a grande variedade de tipos e comportamentos apresentados pelos solos, e levando-se em conta as suas diversas aplicações na engenharia, tornou-se inevitável o seu agrupamento em conjuntos que representassem as suas características comuns. Não existe consenso sobre um sistema definitivo de classificação de solos, sendo que os mais utilizados no Brasil são: Classificação Granulométrica - técnica pela qual os diversos tipos de solos são agrupados e designados em função das frações preponderantes dos diversos diâmetros de partículas que os compõem; Sistema Rodoviário de Classificação - sistema de classificação de solos, baseado na granulometria e nos limites de consistência do material; Sistema Unificado de classificação de solos - foi criado pelo engenheiro Arthur Casagrande para aplicação em obras de aeroportos, contudo seu emprego foi generalizado sendo muito utilizado atualmente pelos engenheiros geotécnicos, principalmente em barragens de terra; Classificação tátil-visual - sistema baseado no tato e na visão, por isso, para sua realização, é necessário um técnico experiente e bem treinado, que tenha prática nesse procedimento. A Classificação Granulométrica é base para as demais, agrupando os solos segundo os tamanhos predominantes de seus grãos. O Sistema Rodoviário é mais utilizado na construção de rodovias enquanto que o Sistema Unificado tem a sua maior utilização nas obras de barragens. A Classificação Tátil-visual é bastante empregada pelos engenheiros de fundações que se baseiam nos modelos clássicos, mas também utilizam do conhecimento prático do comportamento do solo de sua região. De um modo geral, para as obras de engenharia, os aspectos que abordam o comportamento do solo têm mais relevância sobre aqueles que denotam sua constituição, por isso deverão ser priorizados em qualquer sistema de classificação. 5. (Cespe – TCU – 2009) Com base no desenho abaixo, que apresenta resultadosde ensaios de granulometria nos solos A e B, julgue o item a seguir. 14 O coeficiente de não uniformidade do solo B é maior que 5. Resolução: A expressão bem graduado expressa o fato de que a existência de grãos com diversos diâmetros confere ao solo, em geral, melhor comportamento sob o ponto de vista de engenharia. As partículas menores ocupam os vazios correspondentes às maiores, criando um entrosamento, do qual resulta menor compressibilidade e maior resistência. Esta característica dos solos granulares é expressa pelo “coeficiente de nãouniformidade”, definido pela relação: Gabarito: C Os solos das regiões tropicais apresentam uma série de peculiaridades decorrentes das condições ambientais sendo, portanto, necessário se conceituar os solos de Peculiaridades Tropicais, ou seja, os tipos genéticos de solos encontrados em regiões tropicais. Os seguintes solos são encontrados em regiões tropicais: lateríticos, saprolíticos e transportados. A figura abaixo ilustra um perfil esquemático da ocorrência destes tipos de solos. 15 Solos são materiais naturais não consolidados, isto é, constituídos de grãos separáveis por processos mecânicos e hidráulicos, de fácil dispersão em água, e que podem ser escavados com equipamentos comuns de terraplenagem (pá carregadeira, motoescavotransportadora etc.). Geralmente, os materiais constituintes da parte superficial da crosta terrestre e que não se enquadram na condição de solo, são considerados rochas, mesmo que isso contrarie as conceituações adotadas em geologia e em pedologia. O solo pode, também, apresentar-se como estrutura natural ou artificial. Terá estrutura artificial quando transportado e/ou compactado mecanicamente, em aterros, barragens de terra, reforços do subleito de pavimentos etc. Dentro da classificação dos solos, aqueles que apresentam propriedades peculiares e de comportamento, são denominados de solos tropicais em decorrência da atuação de processo geológico e/ou pedológico típicos das regiões tropicais úmidas. Dentre os solos tropicais destacam-se duas grandes classes: os solos lateríticos e os solos saprolíticos. Os solos lateríticos (later, do latim: tijolo) são solos superficiais, típicos das partes bem drenadas das regiões tropicais úmidas, resultantes de uma transformação da parte superior do subsolo pela atuação do intemperismo, por processo denominado laterização. Várias peculiaridades associam-se ao processo de laterização sendo, as mais importantes do ponto de vista tecnológico, o enriquecimento no solo de óxidos hidratados de ferro e/ou alumínio e a permanência da caulinita como argilo-mineral predominante e quase sempre exclusivo. Estes minerais conferem aos solos de comportamento laterítico coloração típica: vermelho, amarelo, marrom e alaranjado. Os solos saprolíticos (sapro, do grego: podre) são aqueles que resultam da decomposição e/ou desagregação in situ da rocha matriz pela ação das intempéries (chuvas, insolação, geadas) e mantêm, de maneira nítida, a estrutura da rocha que lhe deu origem. São genuinamente residuais, isto é, derivam de uma rocha matriz, e as partículas que o constituem permanecem no mesmo lugar em que se encontravam em estado pétreo. Os solos saprolíticos constituem, portanto, a parte subjacente à camada de solo superficial laterítico (ou, eventualmente, de outro tipo de solo) aparecendo, na superfície do terreno, somente por causa de obras executadas pelo homem ou erosões. Estes solos são mais heterogêneos e constituídos por uma mineralogia complexa contendo minerais ainda em fase de decomposição. São designados também de solos residuais jovens, em contraste com os solos superficiais lateríticos, maduros. 16 Uma feição muito comum no horizonte superficial, ou no seu limite, é a presença de uma linha de seixos de espessuras variáveis (desde alguns centímetros até 1,5 m), delimitando o horizonte laterítico do saprolítico. As figuras abaixo ilustram a ocorrência de solos lateríticos e saprolíticos. 17 6. (Cespe – MS – 2010) O saprolito, ou solo saprolítico, é um solo que mantém a estrutura original da rocha de origem, inclusive veios intrusivos, fissuras e xistosidades, mas que perdeu a consistência da rocha. Resolução: Os solos saprolíticos são aqueles que resultam da decomposição e/ou desagregação in situ da rocha matriz pela ação das intempéries (chuvas, insolação, geadas) e mantêm, de maneira nítida, a estrutura da rocha que lhe deu origem. São genuinamente residuais, isto é, derivam de uma rocha matriz, e as partículas que o constituem permanecem no mesmo lugar em que se encontravam em estado pétreo. Gabarito: C A Compactação é um processo mecânico através do qual se impõe ao solo uma redução do índice de vazios. Seu objetivo é melhorar as características mecânicas e hidráulicas do solo, proporcionando acréscimo de resistência e redução da compressibilidade e permeabilidade. 18 Em 1933, o engenheiro Ralph Proctor apresentou seus estudos demonstrando um dos mais importantes princípios da Mecânica dos Solos: a densidade com que um solo é compactado sob uma determinada energia de compactação depende da umidade do solo no momento da compactação. Proctor percebeu que a densidade do solo aumenta juntamente com o teor de umidade até um valor máximo, a partir do qual passa a decrescer. Com isso ele conclui que para cada solo e para uma energia de compactação, existe uma umidade ótima que irá proporcionar a compactação máxima. Note-se que se num processo a alta compactação pode ter efeito desejado, como num aterro para uma estrada, noutro pode ter efeito danoso, como num terreno dedicado ao cultivo agrícola. 7. (Cespe – STM – 2011) Considere que, durante a construção de determinada edificação de dois pavimentos em terreno com declividade aproximada de 12%, em razão da insuficiência de material de corte para realização de aterro no local da edificação, tenha sido necessário adquirir material de empréstimo para adequar-se ao previsto no projeto arquitetônico e paisagístico da edificação. A partir dessa situação, julgue o item que se segue. A massa específica do material submetido a determinada energia de compactação é função da umidade do solo. Resolução: 19 Aplicando-se certa energia de compactação (certo número de passadas de um determinado equipamento no campo ou certo número de golpes de um soquete sobre o solo contido num molde), a massa específica resultante é função da umidade em que o solo estiver. Quando se compacta com umidade baixa, o atrito as partículas é muito alto e não se consegue uma significativa redução de vazios. Para umidades mais elevadas, a água provoca um certo efeito de lubrificação entre as partículas, que deslizam entre si, acomodando- se num arranjo mais compacto. Na compactação, as quantidades de partículas e de água permanecem constantes; o aumento da massa específica corresponde à eliminação de ar dos vazios. Há, portanto, para a energia aplicada, um certo teor de umidade, denominado umidade ótima, que conduz a uma massa específica máxima, ou uma densidade máxima. Gabarito: C 8. (Cespe – STM – 2011) Considere que, durante a construção de determinada edificação de dois pavimentos em terreno com declividade aproximada de 12%, em razão da insuficiência de material de corte para realização de aterro no local da edificação, tenha sido necessário adquirir material de empréstimo para adequar-se ao previsto no projeto arquitetônico e paisagístico da edificação. A partir dessa situação, julgue o item que se segue. Para que sejam evitados recalques excessivos, é adequado realizar a compactação do solo sobre o qual se erguerá a edificação, procedimento que propicia a diminuição da compressibilidade do solo e o aumento da sua resistência ao cisalhamento.Resolução: Define-se compressibilidade dos solos como sendo a diminuição do seu volume sob a ação de cargas aplicadas. Compressibilidade é uma característica de todos os materiais de quando submetidos a forças externas (carregamentos) se deformarem. Esta compressibilidade dos solos advém da grande porcentagem de vazios (e = Vv/Vs) em seu interior, pois para os níveis de tensão encontrados usualmente nos trabalhos de engenharia não são capazes de causar variação de volume significativa nas partículas sólidas. Sem erro considerável, pode-se dizer que a variação de volume do solo é inteiramente resultante da variação de volume dos vazios (por compactação, por exemplo). Define-se como resistência ao cisalhamento do solo como a máxima pressão de cisalhamento que o solo pode suportar sem sofrer ruptura, ou a tensão de cisalhamento do solo no plano em que a ruptura ocorre no momento da ruptura. Em Mecânica dos Solos, a resistência ao cisalhamento envolve duas componentes: atrito e coesão. O atrito (para solos granulares, como areias) depende de fatores como densidade, rugosidade, forma, que variam com a compactação. 20 A coesão (para solos muito finos, como argilas) aumenta com: a quantidade de argila e atividade coloidal (Ac); relação de pré-adensamento; diminuição da umidade, que variam com a compactação. Portanto, a compactação do solo, evita recalques excessivos, já que diminui a compressibilidade do solo e o aumento da sua resistência ao cisalhamento. Gabarito: C 9. (Cespe – STM – 2011) Com base na figura abaixo, que ilustra parte de uma planta topográfica com destaque para uma área relativa à residência a ser construída, julgue o item que se segue. Considerando-se que haja homogeneidade nas condições de solo e de vegetação em toda a região, é correto afirmar que o talude indicado pela linha AB será o mais suscetível à erosão superficial em épocas de chuvas. Resolução: Veja que pela linha AB as curvas de nível estão mais espaçadas. Isso significa que o talude é menos íngreme, portanto, menos suscetível à erosão superficial em épocas de chuvas. Gabarito: E 21 b) Rochas Mecânica das rochas é a ciência teórica e aplicada do comportamento mecânico das rochas e maciços rochosos; é o ramo da mecânica que estuda a resposta das rochas e maciços rochosos perante os campos de forças a que estão sujeitos no seu ambiente físico. A mecânica das rochas propriamente dita faz parte do campo mais vasto que é a geomecânica, que se ocupa das respostas mecânicas de todos os materiais geológicos, incluindo os solos. A mecânica das rochas, tal como é aplicada na prática da engenharia de minas e engenharia geológica, refere-se à aplicação dos princípios da mecânica de engenharia ao desenho de estruturas em rocha geradas pela atividade mineira, como por exemplo, túneis, poços de minas, escavações subterrâneas ou minas a céu aberto. Inclui também o desenho de padrões de ancoragens. Rochas são materiais sólidos consolidados, formados naturalmente por agregados de matéria mineral ou minérios, que se apresentam em grandes massas ou fragmentos. As principais propriedades que distinguem uma rocha de um solo são a coesão interna e a resistência à tração. A coesão interna é a força que liga as partículas umas as outras (ligação entre os átomos). Este valor difere da coesão aparente, que é resultante do atrito entre as partículas quando submetidas às forças de cisalhamento. Exemplo de coesão nula é a areia, mas pode apresentar coesão aparente de 4,34 kg/cm². A resistência à tração pode ser nula num solo. Mas entre o solo e a rocha pode existir uma tração uniaxial de 1MPa. A rocha, como o solo, é um material bastante distinto de outros materiais da engenharia, por isso os projetos em rochas são bastante especiais. A mecânica das rochas se desenvolveu mais lentamente que a mecânica dos solos, pelo simples fato de a rocha ser considerada mais competente que o solo e gerar menor número de problemas com fundações ou estruturas. A mecânica, de uma forma geral, estuda a resposta de um material a uma solicitação qualquer. A mecânica das rochas tem como finalidade estudar as propriedades e o comportamento dos maciços rochosos submetidos a tensões ou variações das suas condições iniciais. As rochas são utilizadas pelo homem para fabricação de armas, ferramentas e utensílios. Este material é muito usado para construção de casas, túneis, fortificações, esculturas entre outros. As áreas de atuação são classificadas como: Atividades de superfície (<100m): fundações, barragens, estradas e minas à céu aberto. Atividades em profundidade (>100m): minas subterrâneas, túneis, cavernas hidrelétricas, aproveitamento de energia geotérmica. 22 Atividades especiais: engenharia do petróleo, engenharia geotécnica, armazenamentos em cavernas(petróleo, água, resíduos radioativos, etc.). Os projetos de engenharia de rochas podem ser agrupados em sete categorias, sendo fundações a mais importante (abordaremos em mais detalhes ainda nesta aula): fundações: as rochas são um excelente material de fundação, mas podem ser fraturados e alterados. É necessário estabelecer a competência da rocha em relação a sua capacidade de suportar a carga para níveis toleráveis de deformação. taludes: a mecânica das rochas pode identificar o risco de ruptura do talude rochoso, seja por tombamento, flexão, em cunha ou em plano; túneis e poços: a estabilidade de túneis e poços depende da estrutura da rocha, estado de tensões, regime de fluxo subterrâneo e técnica de construção; cavernas: o projeto de construção de grandes cavernas é influenciado pela presença e distribuição das fraturas do maciço rochoso; 23 mineração: a mecânica das rochas influi sobre os métodos de mineração, com a finalidade de se obter uma maior extração de minério, utilizando-se um mínimo de suporte artificial das galerias; energia geotérmica: a produção de energia geotérmica é obtida pela percolação de água, injetada no furo, através das fraturas da rocha-reservatório naturalmente aquecida e a posterior recuperação por outro furo de sondagem. Este sistema depende da interação entre as fraturas do maciço, tensões in situ, condições de fluxo, temperatura e tempo; armazenamento de rejeitos radioativos: o isolamento dos materiais radioativos em relação à biosfera requer o estudo das fraturas do maciço, capacidade de absorção das superfícies das fraturas, tensões in situ, condições de fluxo, temperatura e tempo. 24 c) Fundações A estrutura de uma obra é constituída pelo esqueleto formado pelos elementos estruturais, tais como: lajes (cinza), vigas (vermelho), pilares (verde) e fundações (azul), etc. Fundação é o elemento estrutural que tem por finalidade transmitir as cargas de uma edificação para uma camada resistente do solo. Existem vários tipos de fundações e a escolha do tipo mais adequado é função das cargas da edificação e da profundidade da camada resistente do solo. Com base na combinação destas duas análises optar-se-á pelo tipo que tiver o menor custo e o menor prazo de execução. Listaremos agora sobre os principais aspectos dos projetos e previsão do desempenho das fundações: visita ao local; feições topográficas e eventuais indícios de instabilidade de taludes; indícios da presença de aterro (“bota fora”) na área; indícios de contaminação do subsolo, lançada no local ou decorrente do tipo de ocupação anterior; prática local de projeto e execução de fundações; estado das construções vizinhas; peculiaridades geológico-geotécnicas na área, tais como: presença de matacões, afloramento rochoso nas imediações, áreas brejosas, minas d´água, etc De acordo com a profundidade do solo resistente, onde está implantada a sua base, as fundações podem se classificadasem: • fundações superficiais (diretas): quando a camada resistente à carga da edificação, ou seja, onde a base da fundação está implantada, não excede a duas vezes a sua menor dimensão ou se encontre a menos de 3 m de profundidade; 25 • fundações profundas (indiretas) são aquelas cujas bases estão implantadas a mais de duas vezes a sua menor dimensão, e a mais de 3 m de profundidade. O que caracteriza, principalmente uma fundação rasa ou direta é o fato da distribuição de carga do pilar para o solo ocorrer pela base do elemento de fundação, sendo que, a carga aproximadamente pontual que ocorre no pilar, é transformada em carga distribuída, num valor tal, que o solo seja capaz de suportá-la. Outra característica da fundação direta é a necessidade da abertura da cava de fundação para a construção do elemento de fundação no fundo da cava. 10. (Cespe – TER/ES – 2011) A profundidade da fundação é um aspecto que deve ser considerado na determinação da pressão admissível de uma fundação superficial. Resolução: A pressão admissível de uma fundação superficial é a pressão aplicada por uma fundação superficial ao terreno, que provoca apenas recalques que a construção pode suportar sem inconvenientes e que oferece, simultaneamente um coeficiente de segurança satisfatório contra a ruptura ou Cliente Realce 26 o escoamento do solo ou do elemento estrutural de fundação (perda de capacidade de carga). Essa definição esclarece que as pressões admissíveis dependem da sensibilidade da construção projetada aos recalques, especialmente aos recalques diferenciais específicos, os quais, de ordinário, são os que prejudicam sua estabilidade. Devem ser considerados os seguintes fatores na determinação da pressão admissível: profundidade da fundação: dimensões e forma dos elementos da fundação; característica do terreno abaixo do nível da fundação; lençol d’água; modificação das características do terreno por efeito de alívio de pressões, alteração do teor de umidade de ambos; características da obra, em especial a rigidez da estrutura. Gabarito: C A fundação profunda, a qual possui grande comprimento em relação a sua base, apresenta pouca capacidade de suporte pela base, porém grande capacidade de carga devido ao atrito lateral do corpo do elemento de fundação com o solo. A fundação profunda, normalmente, dispensa abertura da cava de fundação, constituindo-se, por exemplo, em um elemento cravado por meio de um bate-estaca. 11. (Cespe – TCU – 2011) Se uma estaca recalca mais que o solo que a envolve, diz-se que foi gerado atrito lateral positivo entre a estaca e o solo. Resolução: De fato, quando a estaca recalca mais que o solo que a envolve, foi gerado atrito lateral positivo entre a estaca e o solo. Essa força é responsável por grande parte da capacidade de suporte de uma estaca. Gabarito: C Em projetos de construções rurais são usadas principalmente fundações diretas, tendo em vista, que as cargas são relativamente pequenas, não exigindo da camada do solo de apoio uma grande resistência. As fundações diretas classificam-se em: • blocos de fundações; • baldrames; • radier. O que caracteriza a fundação em blocos é o fato da distribuição de carga para o terreno ser aproximadamente pontual, ou seja, onde houver pilar existirá um bloco de fundação distribuindo a carga do pilar para o solo. Os 27 blocos podem ser construídos de pedra, tijolos maciços, concreto simples ou de concreto armado. Quando um bloco é construído de concreto armado ele recebe o nome de sapata de fundação. 12. (Cespe – BASA – 2010) Os blocos são elementos de fundação de concreto dimensionados de forma que as tensões de tração neles produzidas possam ser resistidas pelo concreto, sem necessidade de armadura. Resolução: Os blocos são elementos estruturais de grande rigidez, ligados por vigas denominadas baldrames, que suportam predominantemente esforços de compressão simples provenientes das cargas dos pilares. Quando sofrem esforços de tração os “blocos” precisam ser armados com aço, sendo chamados de sapatas. Gabarito: C A fundação em baldrame apresenta uma distribuição de carga para o terreno tipicamente linear, por exemplo, uma parede que se apoia no baldrame, sendo este o elemento que transmite a carga para o solo ao longo de todo o seu comprimento. Um baldrame pode ser construído de pedra, tijolos maciços, concreto simples ou de concreto armado. Quando o baldrame é construído de concreto armado ele recebe o nome de sapata corrida. 13. (Cespe – DPF/Perito – 2002) As fundações em baldrame poderiam ser utilizadas em solos resistentes, como forma de 28 distribuir para o terreno as cargas de pilares periféricos da construção. Resolução: Baldrames são vigas que ligam os blocos. Apresenta uma distribuição de carga para o terreno tipicamente linear, por exemplo, uma parede que se apoia no baldrame, sendo este o elemento que transmite a carga para o solo ao longo de todo o seu comprimento. É mais empregada em casos de cargas leves, como residência construídas sobre solo firme. Gabarito: C A fundação em radier é constituída por um único elemento de fundação que distribui toda a carga da edificação para o terreno, constituindo-se em uma distribuição de carga tipicamente superficial. O radier é uma laje de concreto armado, que distribui a carga total da edificação uniformemente pela área de contato. É usado de forma econômica quando as cargas são pequenas e a resistência do terreno é baixa, sendo uma boa opção para que não seja usada a solução de fundação profunda. 14. (Cespe – DPF/Perito – 2002) Na possibilidade de utilização de fundação direta em solo compressível, a fundação em radier pode ser mais vantajosa que a em sapatas individuais, por minimizar os efeitos de recalques diferenciais entre elementos de fundação. Resolução: A fundação em radier é recomendada quando: Terreno de baixa resistência, alagadiços ou com capacidade de suporte irregular; Camada de solo de baixa qualidade relativamente profunda; Para uniformizar os recalques; A área da fundação ultrapassa metade da área de construção (para minimizar os efeitos de recalques diferenciais); Gabarito: C 29 15. (Cespe – DPF/Perito – 2004) Em solo de baixa resistência nas primeiras camadas, deve-se usar sapata do tipo isolada rígida de concreto armado para a fundação. Resolução: Sapatas são fundações diretas rasas utilizadas para solos de boa resistência à pequena profundidade. Esta profundidade não pode ser superior a duas vezes a menor dimensão da fundação. Gabarito: E 16. (Cespe – DPF/Perito – 2004) As fundações em sapatas só podem ser utilizadas no caso de o nível d’água freático estar localizado a grande profundidade. Resolução: Como as sapatas são fundações rasas, usualmente não há problema com o lençol freático, mas este não é um impedimento. Tubulões a céu aberto e as estacas do tipo broca não podem ser executadas abaixo do lençol freático. Quando o tubulão precisa ser construído abaixo do lençol, utiliza-se tubulão a ar comprumido. As estacas do tipo broca são estacas executadas “in loco” sem molde, por perfuração no terreno com o auxílio de um trado, sendo o furo posteriormente preenchido com o concreto apiloado. Estacas de madeira devem ficar ou totalmente acima ou totalmente abaixo do lençol freático (quando há variação as madeiras apodrecem). Gabarito: E 17. (Cespe – TER/BA – 2010) Pelo fato de ser uma estrutura esbelta, a fundação do tipo Raider normalmente apresenta baixa rigidez estrutural, o que limita sua aplicação. Resolução: O primeiro erro é o nome raider, o correto é radier. Mesmo assim a questão está errada porque a fundação em radier é recomendada quando: Terreno de baixaresistência, alagadiços ou com capacidade de suporte irregular; Camada de solo de baixa qualidade relativamente profunda; Para uniformizar os recalques; A área da fundação ultrapassa metade da área de construção (para minimizar os efeitos de recalques diferenciais); Gabarito: E Quando o solo compatível com a carga da edificação se encontra a mais de 3 m de profundidade é necessário recorrer às fundações profundas, sendo três os tipos principais: • estacas 30 • tubulões • caixões As estacas são elementos alongados, cilíndricos ou prismáticos que se cravam, com um equipamento, chamado bate-estaca, ou se confeccionam no solo de modo a transmitir às cargas da edificação a camadas profundas do terreno. Estas cargas são transmitidas ao terreno através do atrito das paredes laterais da estaca contra o terreno e/ou pela ponta. Existe hoje uma variedade muito grande de estacas para fundações. Com certa frequência, um novo tipo de estaca é introduzido no mercado e a técnica de execução de estacas está em permanente evolução. A execução de estacas é uma especialidade da engenharia. Entre os principais materiais empregadas na confecção das estacas se pode citar: • madeira; • aço; • concreto (pré-moldadas e moldadas “in situ”). As estacas também são classificadas em estacas de deslocamento e estacas escavadas. As estacas de deslocamento são aquelas introduzidas no terreno através de algum processo que não promova a retirada do solo. Enquadram-se nessa categoria as estacas pré-moldadas de concreto armado, as estacas de madeira, as estacas metálicas, as estacas apiloadas de concreto e as estacas de concreto fundido no terreno dentro de um tubo de revestimento de aço cravado com a ponta fechada, sendo as estacas tipo Franki o exemplo mais característico dessas últimas. As estacas escavadas são aquelas executadas “in situ” através da perfuração do terreno por um processo qualquer, com remoção de material. Nessa categoria se enquadram entre outras as estacas tipo broca, executada manual ou mecanicamente e as do tipo Strauss. 31 As estacas de madeira são empregadas nas edificações desde a antiguidade. Atualmente, diante das dificuldades de se obter madeiras de boa qualidade, sua utilização é bem mais reduzida. As estacas de madeira nada mais são do que troncos de árvores, bem retos e regulares, cravados normalmente por percussão, isto é golpeando-se o topo da estaca com pilões geralmente de queda livre. No Brasil a madeira mais empregada é o eucalipto, principalmente como fundação de obras provisórias. Para obras definitivas tem-se usado as denominadas “madeiras de lei” como por exemplo a peroba, a aroeira, a maçaranduba e o ipê. A duração da madeira é praticamente ilimitada, quando mantida permanentemente submersa. No entanto, se estiverem sujeitas à variação do nível d’água apodrecem rapidamente pela ação de fungos aeróbicos, o que deve ser evitado aplicando–se substâncias protetoras como sais tóxicos à base de zinco, cobre ou mercúrio ou ainda pela aplicação do creosoto. Neste tipo de tratamento recomenda-se o consumo de aproximadamente 15 kg de creosoto por m³ de madeira tratada quando as estacas forem cravadas em terra. Durante a cravação a cabeça da estaca deve ser munida de um anel de aço de modo a evitar o seu rompimento sob os golpes do pilão. Também é recomendado o emprego de uma ponteira metálica para facilitar a penetração da estaca e proteger a madeira. Do ponto de vista estrutural, a carga admissível das estacas de madeira depende do diâmetro e do tipo de madeira empregado na estaca. 32 As estacas metálicas são constituídas principalmente por peças de aço laminado ou soldado tais como perfis de seção I e H, como também por trilhos, geralmente reaproveitados após sua remoção de linhas férreas, quando perdem sua utilização por desgaste. A principal vantagem das estacas de aço está no fato de se prestarem à cravação em quase todos os tipos de terreno, permitindo fácil cravação e uma grande capacidade de carga. Sua cravação é facilitada, porque, ao contrário dos outros tipos de estacas, em lugar de fazer compressão lateral do terreno, se limita a cortar as diversas camadas do terreno. Hoje em dia já não existe preocupação com o problema de corrosão das estacas metálicas quando permanecem inteiramente enterradas em solo natural, porque a quantidade de oxigênio que existe nos solos naturais é tão pequena que a reação química tão logo começa, já acaba completamente com esse componente responsável pela corrosão. Entretanto, de modo a garantir a segurança a NBR 6122 exige que nas estacas metálicas enterradas seja descontada a espessura de 1,5 mm de toda sua superfície em contato com o solo, resultando uma área útil menor que a área real do perfil. As estacas de concreto podem ser pré-moldadas ou concretadas no local. As estacas pré-moldadas de concreto são largamente usadas em todo o mundo possuindo como vantagens em relação às concretadas no local um maior controle de qualidade tanto na concretagem, que é de fácil fiscalização quanto na cravação, além de poderem atravessar correntes de águas subterrâneas o que com as estacas moldadas no local exigiriam cuidados especiais. Podem ser confeccionadas com concreto armado ou protendido adensado por centrifugação ou por vibração, este de uso mais comum. Tanto nas estacas vibradas quanto nas centrifugadas a cura do concreto é feita a vapor, de modo a permitir a desforma e o transporte da mesma no menor tempo possível. Tendo em vista que a cura a vapor só acelera o ganho de resistência nas primeiras horas, mas não diminui o tempo total necessário para que o concreto atinja a resistência final, as estacas devem permanecer no estoque pelo menos até que o concreto atinja a resistência de projeto. 33 A seção transversal dessas estacas é geralmente quadrada, hexagonal, octogonal ou circular, podendo ser vazadas ou não. Existe uma grande variedade de tipos de estacas concretadas no local, diferenciadas entre si, principalmente, pela forma que são escavadas e pela forma de colocação do concreto. De um modo geral crava-se um tubo de aço até a profundidade prevista pela sondagem geotécnica, enchendo–se com concreto que vai sendo apiloado até que se retire o tubo. Entre os vários tipos existentes destacam-se as estacas tipo Franki e as estacas tipo Strauss. A estaca tipo Franki usa um tubo de revestimento cravado dinamicamente com a aponta fechada por meio de bucha e recuperado após a concretagem da estaca. O concreto usado na execução da estaca é relativamente seco com baixo fator água-cimento, resultando em um concreto de slump zero, de modo a permitir o forte apiloamento previsto no método executivo. A execução de estacas tipo Franki, quando bem aplicada, praticamente não sofre restrições de emprego diante das características do subsolo, salvo casos particulares como aqueles constituídos por espessas camadas de solo muito mole. A adoção dessas cargas depende da análise dos elementos do projeto, podendo ser diminuídas ou aumentadas em projeto de condições especiais. A seguir são relacionados alguns aspectos da estaca tipo Franki, que fazem parte do método de execução, e que a diferencia dos outros tipos de estacas concretadas no local contribuindo para a elevada carga de trabalho da estaca: • a cravação com ponta fechada isola o tubo de revestimento da água do subsolo, o que não acontece com outros tipos de estaca executada com ponta aberta; • a base alargada dá maior resistência de ponta que todos os outros tipos de estaca; • o apiloamento da base compacta solos arenosos, bem como, aumenta o diâmetro da estaca em todas as direções, aumentando sua a resistência de ponta. Em solos argilosos o apiloamento da base expele a água da argila, que é absorvida pelo concreto seco da mesma, consolidandoe reforçando seu contorno; • o apiloamento do concreto contra o solo para formar o fuste da estaca compacta o solo e aumenta o atrito lateral; • o comprimento da estaca pode ser facilmente ajustado durante a cravação. 18. (Cespe – DPF/Perito – 2002) As estacas do tipo Franki são indicadas no caso de terrenos de fundação arenosos, compactos, como forma de minimizar os efeitos das vibrações do terreno sobre construções vizinhas, antigas ou em mau estado de conservação, durante o processo de execução da fundação. Resolução: Devido ao apiloamento, as estacas Franki não são indicadas quando há construções vizinhas antigas ou em mau estado de conservação, porque a vibração pode danificá-las. 34 Gabarito: E As estacas tipo Strauss foram projetadas, inicialmente, como alternativa às estacas pré-moldadas cravadas por percussão devido ao desconforto causado pelo processo de cravação, quer quanto à vibração ou quanto ao ruído. O processo é bastante simples, consistindo na retirada de terra com sonda ou piteira e, simultaneamente, introduzir tubos metálicos rosqueáveis entre si, até atingir a profundidade desejada e posterior concretagem com apiloamento e retirada da tubulação. Por utilizar equipamento leve e econômico a estaca tipo Strauss possui as seguintes vantagens: • ausência de vibrações e trepidações em prédios vizinhos; • possibilidade de execução da estaca com o comprimento projetado; • possibilidade de verificar durante a perfuração, a presença de corpos estranhos no solo, matacões, etc, permitindo a mudança de locação antes da concretagem; • possibilidade da constatação das diversas camadas e natureza do solo, pois a retirada de amostras permite comparação com a sondagem à percussão; • possibilidade de montar o equipamento em terrenos de pequenas dimensões; • autonomia, importante em regiões ou locais distantes. Como principais desvantagens das estacas tipo Strauss podemos citar: • quando a pressão da água for tal que impeça o esgotamento da água no furo com a sonda, a adoção desse tipo de estaca não é recomendável; • em argilas muito moles saturadas e em areias submersas, o risco de seccionamento do fuste pela entrada de solo é muito grande, e nesses casos esta solução não é indicada; • é indispensável um controle rigoroso da concretagem da estaca de modo a não ocorrer falhas, pois a maior ocorrência de acidentes com estas estacas devem-se a deficiências de concretagem durante a retirada do tubo. Outro tipo de estaca concretada "in-loco" é a estaca raiz. É considerada de pequeno diâmetro, elevada capacidade de carga baseada essencialmente na resistência por atrito lateral do terreno. É armada e preenchida com argamassa de cimento e areia, executada através de perfuração rotativa ou roto-percussiva, revestida integralmente, no trecho em solo, por um conjunto de tubos metálicos recuperáveis. Indicada para grande variedade de situações como locais de difícil acesso, reforço de fundações existentes, atualmente para fundações de novas pontes e viadutos, contenções de encostas, perfuração de solos com matacões e rochas, etc. 35 A estaca do tipo hélice é ideal para estacas que serão realizadas em solos com presença de lençol freático. Utiliza-se essa técnica para substituição com grande vantagens, de estacas do tipo strauss ou pré-moldada. As fundações com as estacas hélices consistem na perfuração do solo através de um trado com um tubo central vazado, que desloca a terra para a superfície através das laminas helicoidais em movimentos rotativos até a profundidade desejada e especificada no projeto da construção. Ao encerrar-se a perfuração, dá-se início a concretagem da estaca ainda com o trado dentro da estaca, o que impede a água do solo de emergir. Através da bomba de concreto, injeta-se o concreto para dentro da estaca através do tubo central que é liberado na ponta da estaca. Ao passo que o concreto sobe, o trado é retirado lentamente, até que se alcance a superfície, garantindo a ausência de terra, água ou barro no interior da estaca. Retira-se o excesso de concreto até a cota de arrasamento. Coloca- se a ferragem em seguida e a estaca estará pronta. Já o cliente estará satisfeito, com a agilidade do nosso equipamento. Segurança e rapidez, esse é um bom resumo para essa técnica de fundações de solos. Os tubulões são elementos estruturais de fundação profunda, geralmente, dotados de uma base alargada, construídos concretando-se um poço revestido ou não, aberto no terreno com um tubo de aço de diâmetro 36 mínimo de 70 cm de modo a permitir a entrada e o trabalho de um homem, pelo menos na sua etapa final, para completar a geometria da escavação e fazer a limpeza do solo. Divide-se em dois tipos básicos: os tubulões a céu aberto, normalmente, sem revestimento e não armados no caso de existir somente carga vertical e os a ar comprimido ou pneumático. Os tubulões a ar comprimido são sempre revestidos, podendo esse revestimento ser constituído de uma camisa de concreto armado ou por uma camisa metálica. Neste caso a camisa metálica pode ser recuperada ou não. São utilizados em solos onde haja a presença de água e que não seja possível esgotá-la. O fuste do tubulão é sempre cilíndrico enquanto a base poderá ser circular ou em forma de falsa elipse. Deve-se evitar trabalho simultâneo em bases alargadas de tubulões, cuja distância entre centros seja inferior a duas vezes o diâmetro ou dimensão da maior base, especialmente quando se tratar de tubulões a ar comprimido. Quando comparados a outros tipos de fundações os tubulões apresentam as seguintes vantagens: • os custos de mobilização e de desmobilização são menores que os de bate-estacas e outro equipamentos; • as vibrações e ruídos provenientes do processo construtivo são de muito baixa intensidade; • pode-se observar e classificar o solo retirado durante a escavação e compará-lo às condições do subsolo previstas no projeto; • o diâmetro e o comprimento do tubulão pode ser modificado durante a escavação para compensar condições do subsolo diferentes das previstas; 37 • as escavações podem atravessar solos com pedras e matacões, sendo possível penetrar em vários tipos de rocha; • é possível apoiar cada pilar em um único fuste, em lugar de diversas estacas, eliminando a necessidade de bloco de coroamento. Em tubulões de ar comprimido, seja de camisa de aço ou de camisa de concreto, a pressão máxima de ar comprimido empregada é de 3,4 atm (340 kPa), razão pela qual esses tubulões têm sua profundidade limitada a 34m abaixo do nível do mar. Em qualquer etapa da execução deve-se observar que o equipamento deve permitir que se atenda, rigorosamente, os tempos de compressão e descompressão previstos pela boa técnica e pela legislação em vigor, só se admitindo trabalhos sob pressões superiores a 150 kPa quando as seguintes providências forem tomadas: • estar à disposição da obra equipe permanente de socorro médico; • estar disponível na obra câmara de descompressão equipada; • existir na obra compressores e reservatórios de ar comprimido de reserva; • que seja garantida a renovação do ar, sendo o ar injetado em condições satisfatórias para o trabalho humano. 19. (Cespe – DPF/Perito – 2002) As fundações em tubulões podem ser indicadas no caso de presença de camadas superficiais de solos moles ou compressíveis com pequena espessura assente sobre camadas resistentes. Resolução: De fato, quando há camadas superficiais de solos moles ou compressíveis com pequena espessura assente sobre camadas resistentes podem-se utilizar tubulões (fundação profunda). Gabarito: C 20. (Cespe – TCU – 2011) Por motivo de segurança, durante a execução de tubulões, a fiscalização não deve inspecionar o fundo da escava antes da concretagem Resolução: Por motivo de segurança, durante a execução de tubulões,a fiscalização deve inspecionar o fundo da escava antes da concretagem. Gabarito: E 21. (Cespe – MS – 2010) Na fundação em profundidade em solo com a presença de matacões ou lâminas de material rochoso muito duro, é preferível a utilização de estacas ao emprego de tubulões. Resolução: 38 A presença de matacões ou lâminas de material rochoso dificulta a cravação das estacas, sendo mais indicado o emprego de tubulões. Gabarito: E A fundação em caixão, como o próprio nome sugere é um grande caixão impermeável à água, de seção transversal quadrada ou retangular que tem as paredes laterais pré-moldadas. Este tipo de fundação profunda é destinado a escorar as paredes da escavação e impedir a entrada de água enquanto vai sendo cravado no solo. Terminada a operação o caixão passa a fazer parte da infraestrutura. São utilizados, por exemplo, como fundação de um pilar de ponte em que a substituição de dois ou mais tubulões por um caixão que os envolva seja mais econômica. 22. (Cespe – MS – 2010) O caixão é um elemento de fundação profunda cuja base pode ser alargada ou não. Resolução: Por motivo de segurança, durante a execução de tubulões, a fiscalização deve inspecionar o fundo da escava antes da concretagem. Gabarito: C 39 O desenho acima esquematiza uma estaca a ser executada junto à divisa entre dois terrenos, como parte das fundações de um prédio a ser construído. A 2 m de distância desse prédio, existe uma casa antiga. O desenho mostra também um dos elementos de fundação da casa: uma sapata quadrada, com 1 m de lado. O pilar do prédio tem largura de 0,15 m e a estaca tem diâmetro de 0,40 m. De acordo com essas informações e para as condições apresentadas, julgue os itens a seguir. 23. (Cespe – BASA – 2007) Para evitar danos à casa, seria conveniente que a estaca a ser executada fosse do tipo Franki. Resolução: Durante a cravação, as estacas do tipo Franki causam vibrações que podem danificar prédios vizinhos. Gabarito: E 24. (Cespe – BASA – 2007) Em substituição à estaca, poderia ser executado um tubulão sem revestimento como fundação do pilar do prédio. Resolução: Não se pode executar tubulões sem revestimento abaixo do nível d’água. Gabarito: E 25. (Cespe – BASA – 2007) No caso de ser utilizada uma estaca pré-moldada de concreto como fundação do pilar do prédio, é correto afirmar que a maior contribuição para a capacidade de carga da estaca resultará do atrito lateral entre o fuste da estaca e a camada de argila. 40 Resolução: A capacidade de carga das estacas é composta pela resistência da ponta e pela resistência lateral. A resistência da ponta é normalmente alta em areias e baixa em argilas. Já para a resistência lateral ocorre o oposto: é baixa nas areias e alta nas argilas. Entretanto, não há elementos suficientes para afirmar que a maior contribuição para a capacidade de carga da estaca resultará do atrito lateral entre o fuste da estaca e a camada de argila. Gabarito: E 26. (Cespe – BASA – 2007) Se a base da sapata da casa está situada 0,5 m abaixo da superfície do terreno, é correto afirmar que cerca da metade do bulbo de pressões da sapata está dentro da camada de argila. Resolução: As cargas aplicadas na superfície de um terreno induzem tensões, com consequentes deformações, no interior de uma massa de solo. Embora as relações entre tensões induzidas e as deformações resultantes sejam essencialmente não lineares, soluções baseadas na teoria da elasticidade são comumente adotadas em aplicações práticas, respeitando-se as equações de equilíbrio e compatibilidade. As pressões produzidas por cargas aplicadas na superfície de um maciço terroso são calculadas, ou melhor, avaliadas, na hipótese de um “maciço semi- infinito, elástico, isótropo e homogêneo”; conceitos que, a rigor, podem não ser verificados. As cargas transmitidas pelas estruturas se propagam para o interior dos maciços e se distribuem nas diferentes profundidades, como ilustrado na figura abaixo, podendo se verificar experimentalmente. Denominam-se isóbaras as curvas ou superfícies obtidas ligando-se os pontos de mesma pressão vertical. Este conjunto de superfícies isóbaras forma 41 o que se chama bulbo de pressões, como indicado nas figuras abaixo para uma carga concentrada. Assim, para resolver a questão, não precisamos calcular a zona de influência do bulbo, mas utilizamos o fato de que o bulbo está predominantemente na areia compacta, porque a camada de argila está a quase três metros da sapata, que possui apenas 1 m de largura. Gabarito: E 27. (FCC – Infraero – 2011 – Discursiva) Nos estudos para a construção de um novo Terminal de Passageiros foi identificada a necessidade de serem utilizados elementos estruturais para que houvesse uma estabilização do solo. Por tratar-se de um sítio aeroportuário situado próximo ao litoral, ficou decidido que, em função das características do terreno, seriam utilizadas Estacas como elementos de suporte às fundações do prédio. Analisando- se as opções possíveis de serem utilizados observou-se que, em função de sua aplicação, os variados tipos de Estacas oferecem vantagens e desvantagens que devem ser avaliadas criteriosamente. Nesse contexto, é de fundamental importância que a equipe de engenharia conheça essas particularidades, a fim de que possa decidir de forma adequada. Utilizando o texto apenas como motivador, disserte em no máximo 30 linhas sobre as vantagens e desvantagens das estacas abaixo: Estacas Strauss; Estacas Franki; Estacas de madeira. A estaca Strauss é um tipo de fundação profunda executada por perfuração através de balde sonda (piteira), com uso parcial ou total de revestimento recuperável e posterior concretagem. A principal vantagem desta estaca é a ausência de vibrações e trepidações em prédios vizinhos durante a execução. Ainda, há a possibilidade de verificar durante a perfuração, a presença de 42 corpos estranhos no solo e matacões, permitindo a mudança de locação antes da concretagem. Seu emprego não é recomendável quando a pressão da água for tal que impeça o esgotamento da água no furo com a sonda, a adoção desse tipo de estaca não é recomendável, nem argilas muito moles saturadas e em areias submersas. Já as estacas tipo Franki são executadas enchendo-se de concreto perfurações previamente executadas no terreno, através de cravação de tubo de ponta fechada, recuperado. A grande vantagem desta estaca é a alta produtividade alcançada nas obras pelo emprego conjunto de bate estacas de deslocamentos rápidos, martelos com alta capacidade de cravação e o concreto plástico vibrado. Sua principal limitação são as vibrações causadas durante a cravação. Essa interferência pode danificar inclusive edificações próximas. Finalmente, as estacas de madeira nada mais são do que troncos de árvores, bem retos e regulares, cravados normalmente por percussão, isto é golpeando-se o topo da estaca com pilões geralmente de queda livre. As vantagens das estacas de madeira são o seu baixo custo e leveza, quando comparada a outros materiais. Como desvantagens, cita-se a aplicação somente em solos secos ou permanente submersos e o fato de não admitirem carga de trabalho elevada. 43 d) Topografia Etimologicamente a palavra TOPOS, em grego, significa lugar e GRAPHEN descrição, assim, de uma forma bastante simples, Topografia significa descrição do lugar. Assim, Topografia é a ciência que estuda todos os acidentes geográficos definindo a sua situação e localização na Terra ou outros corpos astronómicos incluindo planetas, luas, e asteroides. É ainda o estudo dos princípios e métodos necessários para a descrição e representação das superfícies destes corpos, em especial para a sua cartografia. O termo só se aplica a áreas relativamentepequenas, sendo utilizado o termo geodesia quando se fala de áreas maiores. Para isso são usadas coordenadas que podem ser duas distâncias e uma elevação, ou uma distância, uma elevação e uma direção. A topografia é também instrumento fundamental para a implantação e acompanhamento de obras de todo o tipo, como as de projeto viário, edificações, urbanizações (loteamentos), movimentos de terras, daí sua importância na engenharia civil. Às operações efetuadas em campo, com o objetivo de coletar dados para a posterior representação, denomina-se de levantamento topográfico. O trabalho prático da Topografia pode ser dividido em cinco etapas: 1. Tomada de decisão: onde se relacionam os métodos de levantamento, equipamentos, posições ou pontos a serem levantados,etc. 2. Trabalho de campo ou aquisição de dados: efetuam-se as medições e gravação de dados. 44 3. Cálculos ou processamento: elaboram-se os cálculos baseados nas medidas obtidas para a determinação de coordenadas, volumes, etc. 4. Mapeamento ou representação: produz-se o mapa ou carta a partir dos dados medidos e calculados. 5. Locação. Classicamente a Topografia é dividida em duas: Topologia: tem por objetivo o estudo das formas exteriores do terreno e das leis que regem o seu modelado. Topometria: estuda os processos clássicos de medição de distâncias, ângulos e desníveis, cujo objetivo é a determinação de posições relativas de pontos. Tradicionalmente o levantamento topográfico pode ser divido em duas partes: o levantamento planimétrico, onde se procura determinar a posição planimétrica dos pontos (coordenadas X e Y) e o levantamento altimétrico, onde o objetivo é determinar a cota ou altitude de um ponto (coordenada Z). A realização simultânea dos dois levantamentos dá origem ao chamado levantamento planialtimétrico, conforme abaixo no exemplo: 45 Sistemas de Coordenadas Um dos principais objetivos da Topografia é a determinação de coordenadas relativas de pontos. Para tanto, é necessário que estas sejam expressas em um sistema de coordenadas. São utilizados basicamente dois tipos de sistemas para definição unívoca da posição tridimensional de pontos: Sistemas de Coordenadas Cartesianas: Quando se posiciona um ponto nada mais está se fazendo do que atribuindo coordenadas ao mesmo. Estas coordenadas por sua vez deverão estar referenciadas a um sistema de coordenadas. Existem diversos sistemas de coordenadas, alguns amplamente empregados em Geometria e Trigonometria, por exemplo. Estes sistemas normalmente representam um ponto no espaço bidimensional ou tridimensional. Um sistema de coordenadas cartesianas retangulares no 46 espaço tridimensional é caracterizado por um conjunto de três retas (X, Y, Z) denominadas de eixos coordenados, mutuamente perpendiculares, A coordenadas cartesianas retangulares (x, y, z) de um ponto seria de acordo com a figura a esquerda, a direita a representação em coordenadas coordenadas esféricas (r, λ, φ) Uma vez que a Topografia busca representar um conjunto de pontos no plano é necessário estabelecer um sistema de coordenadas cartesianas para a representação dos mesmos. Este sistema pode ser caracterizado da seguinte forma: Escala É comum em levantamentos topográficos a necessidade de representar no papel certa porção da superfície terrestre. Para que isto seja possível, teremos que representar as feições levantadas em uma escala adequada para os fins do projeto. De forma simples, podemos definir escala com sendo a relação entre o valor de uma distância medida no desenho e sua correspondente no terreno. O valor da escala é adimensional, ou seja, não tem dimensão (unidade). Escrever 1:200 significa que uma unidade no desenho equivale a 200 unidades no terreno. Assim, 1 cm no desenho corresponde a 200 cm no terreno ou 1 milímetro do desenho corresponde a 200 milímetros no terreno. Como as medidas no desenho são realizadas com uma régua, é comum estabelecer esta relação em centímetros. 47 Vou demonstrar nos exercícios que não tem mistério é só saber utilizar regra de três. A Escala Gráfica A escala gráfica é utilizada para facilitar a leitura de um mapa, consistindo-se em um segmento de reta dividido de modo a mostrar graficamente a relação entre as dimensões de um objeto no desenho e no terreno. Uma forma para apresentação final da escala gráfica é apresentada a seguir. Representação do relevo O relevo da superfície terrestre é uma feição contínua e tridimensional. Existem diversas maneiras para representar o mesmo, sendo as mais usuais as curvas de nível e os pontos cotados. Curvas de nível: forma mais tradicional para a representação do relevo. Podem ser definidas como linhas que unem pontos com a mesma cota ou altitude. Representam em projeção ortogonal a interseção da superfície do terreno com planos horizontais. A diferença de cota ou altitude entre duas curvas de nível é denominada de eqüidistância vertical, obtida em função da escala da carta, tipo do terreno e precisão das medidas altimétricas. Alguns exemplos são apresentados na tabela a seguir. 48 As curvas de nível podem ser classificadas em curvas mestras ou principais e secundárias. As mestras são representadas com traços diferentes das demais (mais espessos, por exemplo), sendo todas numeradas (figura 15.7) As curvas secundárias complementam as informações. Algumas regras básicas a serem observadas no traçado das curvas de nível: a) As curvas de nível são "lisas" ou suaves, ou seja não apresentam cantos. b) Duas curvas de nível nunca se cruzam!!! (aparece mil vezes) c) Duas curvas de nível nunca se encontram e continuam em uma só. d) Quanto mais próximas entre si, mais inclinado é o terreno que representam. E como isso cai? 49 Em topografia, curva de nível é uma curva plana, irregular e fechada, cujos pontos equidistam verticalmente de um plano horizontal de referência. Projetadas ortogonalmente sobre esse plano e representadas graficamente com relação a uma escala, as curvas de nível fornecem ideia da conformação altimétrica ou relevo da superfície do solo. 28. (Cespe – Ibram – 2009) Quando duas curvas de nível se cruzam, elas possuem cotas diferentes. Resolução: ERRADA! NUNCA se cruzam. Não errem por favor, esta foi uma das 1000 vezes que colocam a mesma questão em provas. Gabarito: E 29. (Cespe – Ibram – 2009) Curvas de nível muito próximas entre si indicam pequena inclinação do terreno. Resolução: ERRADA! Exatamente o contrário. Muito próximas indicam grande inclinação do terreno. Gabarito: E 30. (Cespe – Ibram – 2009) Curvas de nível igualmente espaçadas indicam terreno de inclinação invariável. Resolução: Exato. O espaçamento regular indica inclinação constante. Gabarito: C 31. (Cespe – Ibram – 2009) Curvas de nível não atravessam perpendicularmente um curso d’água. Resolução: Exato. O nível da água é o mesmo. Não tem como ter dois níveis dentro da água numa direção perpendicular (nas margens, podem ter sim, exemplo um rio que corte uma montanha rochosa pode ter margem de um lado mais alta do que a outra). Gabarito: C 32. Em relação à planta de um levantamento topográfico para a construção de uma estrada, julgue o item a seguir: A escala de uma planta representa a distância entre dois pontos. 50 Resolução: Falso, podemos definir escala com sendo a relação entre o valor de uma distância medida no desenho e sua correspondente no terreno. Gabarito: E 33. Curva de nível é a curva que liga os pontos de alturas diferentes a uma referência global. Resolução: Falso, podem ser definidas como linhas que unem pontos com a mesma cota ou altitude. Gabarito: E 34. Em relação à planta de um levantamento topográfico