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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL ANDRÉ CHACON DE VICENTE ANDRIELLY CRISTINE RODRIGUES CARRIJO IGOR NOGUEIRA DE SOUSA MATHEUS VIEIRA ASSUNÇÃO EXECUÇÃO DE FUNDAÇÕES DE EDIFÍCIOS GOIÂNIA - GO 2021 2 ANDRÉ CHACON DE VICENTE ANDRIELLY CRISTINE RODRIGUES CARRIJO IGOR NOGUEIRA DE SOUSA MATHEUS VIEIRA ASSUNÇÃO EXECUÇÃO DE FUNDAÇÕES DE EDIFÍCIOS Trabalho apresentado ao curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Goiás, como requisitos para aprovação na disciplina de Introdução à Geotecnia (2021.1) PROFESSORA: Sandra Garcia Gabas GOIÂNIA - GO 2021 3 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 5 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .............................................................................................. 6 2.1 CONCEITO DE FUNDAÇÃO ............................................................................................. 6 2.1.1 Classificação das fundações ............................................................................................... 6 2.1.2 Relação entre fundação e geotecnia .................................................................................... 7 2.1.2.1 Plano de investigação geotécnico ..................................................................................... 8 2.2 PREVISÃO E CONTROLE DAS FUNDAÇÕES ................................................................... 8 2.2.1 Parâmetros a serem observados no projeto e execução das estruturas de Engenharia Civil ......... 8 2.3 INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA E PARÂMETROS PARA FUNDAÇÕES ........................... 9 3 INTERAÇÃO ENTRE SOLO E ESTRUTURA .................................................................. 10 3.1 INFLUÊNCIA DO TEMPO ............................................................................................... 10 3.2 PROCESSO CONSTRUTIVO DE UMA FUNDAÇÃO ........................................................ 11 3.3 RIGIDEZ RELATIVA ENTRE ESTRUTURA E SOLO ....................................................... 12 4 RECALQUES .................................................................................................................... 13 4.1 TIPOS DE RECALQUES .................................................................................................. 13 4.1.1. Recalque do ponto de vista do solo .................................................................................. 13 4.1.2. Recalque do ponto de vista da estrutura ............................................................................ 14 4.2 PREVISÃO DE RECALQUES........................................................................................... 14 4.3 CAUSAS COMUNS DE RECALQUE ................................................................................ 15 4.4 RECALQUE IMEDIATO EM FUNDAÇÕES DE EDIFÍCIOS .............................................. 16 4.5 SOLUÇÃO DE FADUM (1948) ......................................................................................... 16 5 AVALIAÇÃO DA SUSTENTABILIDADE AMBIENTAL NA EXECUÇÃO DE EDIFÍCIOS ............................................................................................................................................ 18 6 ESTUDO DE CASO ........................................................................................................... 20 6.1 ASPECTOS DA REGIÃO ................................................................................................. 20 6.1.1 Aspectos geotécnicos da região ........................................................................................ 21 6.2 PROJETO E COMPOSIÇÃO ESTRUTURAL ..................................................................... 22 6.2.1 Sondagens e ensaios ....................................................................................................... 22 6.3 ESTAQUEAMENTO ........................................................................................................ 22 7 CONCLUSÃO ................................................................................................................... 25 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................... 26 4 RESUMO A determinação do melhor tipo de fundação para uma edificação depende da análise de informações referentes à viabilidade técnica e econômica, fator que viabiliza a aplicação da Geotecnia na área da Engenharia. A escolha da fundação sujeita-se ao estudo de possíveis problemas relativos ao solo, da estrutura que será adotada e da sua funcionalidade e porte. Portanto, este trabalho acadêmico, cuja realização tem o intuito de fornecer conceitos técnicos de fundações e um estudo de caso a respeito da fundação adotada no Centro de Convergência CCJE-CFCH-CLA, tem o objetivo de destacar a importância do conhecimento técnico da área da Geotecnia para a melhor decisão de fundação a ser adotada na construção e fornecer informações que relacionam a Engenharia à Geotecnia e avaliam a estabilidade e sustentabilidade na execução dessas edificações. Palavras-chave: Fundação; edificação; geotecnia; engenharia; solo. 5 1 INTRODUÇÃO Uma das decisões mais importantes e difíceis para o construtor em seu empreendimento é a escolha do tipo de fundação para sustentação da edificação. Essa decisão deve ser tomada, cautelosamente, após o estudo das características do solo, da existência de lençóis freáticos na área, da análise de custos e dos esforços atuantes sobre a construção. A fundação de uma edificação representa a interação entre o solo local e a estrutura, a qual será construída. Essa estrutura é responsável por receber as cargas da edificação e transmitir ao solo. Portanto, o tipo e a forma de fundação devem ser escolhidos conforme a viabilidade técnica e econômica. Com o advento da globalização e, consequentemente, das inovações industriais de materiais e componentes, o mercado tem exigido das empresas processos de gestão de qualidade e produtividade mais rigorosos na área de construção de edifícios. O desempenho de uma fundação tem influência dos parâmetros de garantia mínima como segurança, durabilidade e funcionalidade, estabilidade, e essa fundação só pode ser desenvolvida através de um projeto de qualidade e das etapas de controle e execução. Além disso, no Brasil, a porcentagem de desperdício na Construção Civil é muito alta. Isso ocorre devido à ausência de projetos adequados, o que resulta em erros e falhas de execução, desperdício de materiais e de mão-de-obra e custo excessivo. (CAMBIAGHI, 1992). Como instrumento fundamental para o início de qualquer construção, a geotecnia age no estudo do solo e das rochas relacionado às ações humanas. Portanto, no que tange à escolha técnica do melhor tipo de fundação para uma edificação, a geotecnia é um dos fatores influenciadores de decisão por interpretar a interação entre o solo e a estrutura; solo este que apresenta instabilidade de acordo com cada região. Nesse sentido, este trabalho acadêmico tem o intuito de expor os principais tipos de fundação, os parâmetros a serem observados no projeto e execução da estrutura, a investigação geotécnica e o estudo de caso de um tipo de fundação. 6 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 CONCEITO DE FUNDAÇÃO A fundação é um elemento da estrutura de uma edificação responsável pelo repasse da carga da estrutura ao solo. Existem diversos tipos de fundações e, para a escolha do tipo de fundação mais adequado em uma determinada construção, é necessário que haja um estudo das respectivasetapas: projeto do edifício, cálculo das cargas atuantes sobre essa edificação e investigação do terreno para análise das características do solo. Assim, é possível definir o tipo de fundação e seus elementos estruturais para a construção. (VELLOSO, D. & LOPES, 2010). Fundações bem projetadas correspondem de 3% a 10% do custo total do edifício; porém, se forem mal concebidas e mal projetadas, podem atingir 5 a 10 vezes o custo da fundação mais apropriada para o caso. (BRITO, 1987 apud MARANGON,2018). Do ponto de vista estrutural, a resistência à carga, a natureza da estrutura e a carga da fundação devem ser o material de análise. Do ponto de vista da engenharia geotécnica, é necessário estudar a natureza geotécnica do terreno, as condições geotécnicas do local, a forma de entrada no terreno e a viabilidade técnica e econômica de implementação. (MARANGON, 2018). 2.1.1 Classificação das fundações As fundações, classificadas em relação à transmissão de cargas, podem ser de natureza direta ou indireta. As fundações diretas são aquelas que transferem a carga diretamente pela base por compressão, por exemplo, as sapatas e as tubulações. Por outro lado, as indiretas transferem a carga por atrito lateral e pela base por compressão. (MOURA, 2021 apud MARANGON, 2018). As fundações diretas são subdivididas em rasas ou profundas. As rasas são constituídas pelas sapatas (corrida, associada, isolada ou alavancada), pelas grelhas, pelos blocos e alicerces e pelos radiers. Já as fundações diretas profundas são compostas pelas estacas, pelos caixões e tubulões (a ar condicionado ou a céu aberto). (VELLOSO, D. & LOPES, 2010). 7 Figura 1 - Principais tipos de fundações (NEWS, 2020) 2.1.2 Relação entre fundação e geotecnia A Geotecnia é de extrema importância em toda construção civil por facilitar ao homem a compreensão dos fenômenos geológicos de formação e a solução de alguns problemas advindos das áreas da engenharia. A Geotecnia, através do material recolhido nos ensaios de campo, é fundamental para o desenvolvimento e execução do projeto. (BRITO e GOMES, 2018 apud MARANGON, 2018). A boa execução e o bom desenvolvimento de um projeto de execução sofrem influência direta da competência e conhecimento do projetista a respeito do solo no qual será construído. Ou seja, é necessário o estudo profundo das condições do subsolo, a considerar as realidades da natureza e possíveis patologias em questão. De acordo com Alonso (1991) apud Marangon (2018), as garantias mínimas de uma fundação devem ser segurança, durabilidade e funcionalidade. Portanto, a Geotecnia está inserida nas engenharias e, sobretudo na Engenharia Civil, como um instrumento de estudo das características do solo e de decisão do tipo de fundação adequada. Afinal, o trabalho é realizado com o solo; matéria não fabricada. O solo, portanto, apresenta todas as características impostas pela natureza. De acordo com Souza e Reis (2008) apud Marangon (2018), em relação aos cálculos considerando o apoio das fundações sobre vínculos indeslocáveis, o estudo da deformabilidade do solo, os cálculos dos edifícios e a escolha das fundações receberam um panorama mais inovador e ilimitado. A realização dessa hipótese mais condizente à realidade física, considerando aspectos do solo, recebe o nome de Interação Solo-Estrutura (ISE), porém, ainda é executada em poucos lugares. 8 2.1.2.1 Plano de investigação geotécnico De acordo com a NBR 6122 (Projetos e execução de fundações), as atividades que fazem parte de um plano de investigação podem ser: caracterizar as solicitações; avaliar as unidades geológicas presentes em função dos dados existentes, de reconhecimento geológico e outros métodos; selecionar os métodos de investigação aplicáveis em função das solicitações, unidades geológicas, fase dos estudos, logística, resolução, prazo, custo e outras variáveis e distribuir as investigações na área através de critérios geométrico e geológico; elaborar especificações executivas, procedimentos de fiscalização, critérios de medição e pagamento, contrato e licitação; acompanhar os resultados e ajustar o plano de investigação; interpretar os resultados e elaborar os modelos geológico e geomecânico; elaborar seções geológicas e outras formas de apresentação de dados conforme requerido; acompanhar a escolha da solução e o desenvolvimento do projeto. (BRITO e GOMES, 2018 apud MARANGON, 2018). Na projeção de uma fundação, quando a região é totalmente desconhecida, faz-se necessário, através da geologia, o estudo do subsolo. No caso das fundações, os ensaios de campo são preferíveis aos de laboratório. 2.2 PREVISÃO E CONTROLE DAS FUNDAÇÕES A previsão e o controle das fundações podem ser descritos pelos critérios de projeto, controles de qualidade e aspectos geotécnicos atrelados à Engenharia Civil. 2.2.1 Parâmetros a serem observados no projeto e execução das estruturas de Engenharia Civil O desempenho da fundação obedece, diretamente, aos parâmetros de garantia mínima já citados anteriormente. O desenvolvimento e execução da fundação de um edifício também são influenciados pela garantia e qualidade dos executores do projeto e execução. De acordo com Alonso (1991), toda fundação, para ser executada e classificada com garantia de qualidade, deve seguir três etapas: o projeto, o controle e a própria execução. Na primeira etapa, são estudadas as características geotécnicas da obra e das cargas e definidos os métodos construtivos e o controle operacional e organizacional de suporte à execução. Através do projeto, as equipes, o construtor e o engenheiro chefe da obra têm acesso à previsão de desenvolvimento e conclusão do empreendimento, além da necessidade de conferimento do controle das etapas de controle de qualidade. 9 Por exigência da norma NBR 6122, não se deve elaborar qualquer projeto de fundações sem que a natureza do subsolo seja conhecida, através de ensaios geotécnicos de campo, tais como sondagens de simples reconhecimento, ensaios de penetração estática, provas de cargas em protótipos, entre outros. (MARANGON, 2018). Na segunda etapa, o controle da qualidade durante a fundação é realizado por 3 etapas diferentes: a de materiais, a de cargas e a de recalques. No controle de qualidade dos materiais devem ser estudadas a resistência e a durabilidade dos mesmos. Já no controle de cargas, devem ser analisadas as cargas admissíveis dos elementos estruturais que serão instalados. E, na terceira e última etapa, a etapa de execução e observação do comportamento da fundação. O cronograma e os parâmetros a serem cumpridos obedecem a um período mínimo de análise consonante à finalidade da edificação. 2.3 INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA E PARÂMETROS PARA FUNDAÇÕES Segundo o livro “Fundações: teoria e prática” terceira edição, a elaboração de projetos de fundações e projetos geotécnicos exige que o engenheiro responsável tenha um conhecimento prévio do solo no qual o edifício será instalado. Uma profunda análise se faz necessária das diversas camadas que compõem o substrato e também de suas propriedades de engenharia, a fim de determinar a resistência, composição química, nível de água, dentre outros fatores que são determinantes para uma construção adequada e segura. Através das técnicas de sondagem é possível determinar as características primordiais do solo em análise, e com isso classifica-lo, a fim de enquadrá-lo em uma predefinição de parâmetros que melhor caracterizam sua formação do ponto de vista de Geologia de Engenharia. (NUNES, 2012 apud MARANGON, 2018). Segundo BornSales Engenharia (2018), o principal intuito de realizar uma investigação geotécnica é determinar o comportamento do terreno na qual será realizada a fundação. Por isso a participação do engenheiro projetista de fundações na definição de como se dará a investigaçãogeotécnica será determinante para se obter uma boa análise do solo e do maciço rochoso do local. (MARANGON, 2018). Segundo o livro “Fundações: teoria e prática”, terceira edição, dentre os tipos de ensaios que existem, alguns são comumente mais utilizados e por isso recebem destaque, são eles: o SPT (Standard Penetration Test), CPT (Ensaio de Penetração de Cone), Vane Test e o ensaio geofísico de Cross-Hole. No Brasil, o ensaio mais executado é o SPT, para uma análise mais detalhada do terreno a análise do tipo CPT é a mais recomendada, já entre as análises geofísicas o método de Cross-Hole é o mais importante para a engenharia de fundações. É através dele 10 que será obtido o módulo de cisalhamento máximo, que é o principal parâmetro geotécnico para caracterizar a rigidez do solo. Portanto, uma investigação adequada do terreno de fundação deverá ter definido um programa base de objetivos a serem alcançados, esses objetivos estão diretamente atrelados à conhecer as principais características do terreno, definir sua estratigrafia, caracterizar as propriedades das camadas mais importantes do solo e por fim confirmar as condições de projeto em áreas críticas da obra. (MARANGON, 2018). 3 INTERAÇÃO ENTRE SOLO E ESTRUTURA A interação solo-estrutura, aplicada à estrutura, analisa a capacidade de deformação do solo ou da rocha, fator que altera os esforços atuantes nos elementos estruturais e nas reações do terreno. Essa interação entre os planos do sistema visa garantir a durabilidade, estabilidade e funcionalidade da obra. Para tal, foi proposta uma ferramenta que considera este fenômeno na análise global de estruturas de rede de fundação profunda para verificar o impacto dos recalques de apoio neste tipo de estrutura e a possibilidade de geração de componentes estruturais de esforço adicionais. (ANTONIAZZI, 2011). 3.1 INFLUÊNCIA DO TEMPO A influência do tempo ocorre em qualquer obra estrutural, mesmo sendo ela um edifício de vários andares, residência familiar, pontes, barragens ou até mesmo uma estrutura de contenção. Esses mesmos elementos contribuem para o comportamento do outro, ou seja, o solo influencia na ação da estrutura. Dessa maneira, ambos os elementos contribuem para o comportamento do outro; logo, o tipo de solo influencia na resposta da estrutura, bem como o tipo de estrutura exerce influência direta na resposta do solo. Com o tempo, a estrutura pode sofrer alterações se o solo não for perfeitamente preparado para aquele tipo de ação. Estruturas infinitamente rígidas apresentam recalques uniformes por causa da tendência do solo de deformar mais no centro do que em suas extremidades, devido às distribuições de pressões de contato nos apoios serem menores no centro e máximos nos cantos extremos. 11 Figura 2 -Fissura de tração em pilar recalcado. (THOMAZ, 2003). 3.2 PROCESSO CONSTRUTIVO DE UMA FUNDAÇÃO A fundação é a primeira etapa da obra realizada após a terraplenagem e a localização do terreno. A execução se resume, respectivamente, à escavação de fundações ou estacas e blocos, à colocação das ferragens e ao preenchimento dos furos e das valas com o concreto. (CONSTRULINO, 2016). Figura 3- Fundação pré-moldada. (FETZ, 2013). Essa fundação é responsável por absorver as cargas da edificação e distribuí-las ao solo; ela suporta as tensões resultantes da ação das cargas dos pilares e as transferem adequadamente ao solo para não haver rupturas ou deformações na construção. Quanto mais rígida a estrutura é verticalmente, mais andares ela tem, pois ocorre uma interação das cargas nas fundações da estrutura, na qual se distribui por todo o seu extremo. Seus momentos fletores diminuem cada vez mais quando se tem um aumento de andares, portanto, os primeiros pavimentos têm seus fletores maiores. 12 Se o número de pavimentos aumentar, o impacto da interação solo-estrutura diminuirá até ser quase desprezível. Ou seja, é uma relação inversamente proporcional. Os momentos das forças atuantes dos elementos estruturais nos primeiros pavimentos são mais evidentes e vão diminuindo proporcionalmente ao aumento do número de andares. Esse fenômeno pode ser explicado pelo fato do primeiro andar ter maior rigidez, lembrando que a rigidez não apresenta comportamento linear em todo o edifício. (MUÑOZ,2001). 3.3 RIGIDEZ RELATIVA ENTRE ESTRUTURA E SOLO Utilizando o Método da Rigidez, o qual é amplamente empregado para análise de estruturas reticulares, ao observar os parâmetros da infraestrutura, superestrutura e do terreno de fundação, afirma-se que a rigidez dos elementos estruturais tem influência na redistribuição dos esforços, portanto, o comportamento físico dessa edificação real é a condição de seus apoios deformáveis, sendo assim, uma transição entre solo e estrutura. Esta variável estipula o processo de desenvolvimento da construção conforme aos recalques total e diferencial. Os recalques diminuem com o aumento da rigidez relativa entre o solo e a estrutura. Os recalques diferenciais são mais sensíveis a esta relação do que os totais (MUÑOZ,2001). Figura 4 – Adaptação de GUSMÃO (1994). Na avaliação do desempenho da construção em relação ao recalque total e ao recalque diferencial analisado este comportamento físico tem papel determinante. Assim, ele diminui à medida em que a rigidez relativa entre o solo e a estrutura aumenta. A utilização das cintas tende a uniformizar os recalques e seu movimento decresce à medida em que os pavimentos vão sendo construídos. 13 4 RECALQUES Segundo Rebello (2008), recalques são as transformações resultantes no solo quando este é submetido a cargas que ocasionam movimentação e que, dependendo da intensidade, podem gerar graves prejuízos à estrutura. Assim, entende-se o recalque como a penetração da estrutura no solo com uma construção criando uma carga adicional sobre ele e, este não sendo maciço, será naturalmente compactado ao longo do tempo. A análise de recalques busca a garantia da estabilidade, somando os recalques imediatos e os primários, da estrutura final. 4.1 TIPOS DE RECALQUES É possível distribuir os tipos de recalque em dois pontos de vista: solo e estrutura. 4.1.1. Recalque do ponto de vista do solo São três os tipos de recalques sucedidos: ● Recalque imediato: Ocorre imediatamente devido à aplicação de carga na superfície do solo. O volume de argila não se altera e não há drenagem, por isso, é denominado não drenado. Geralmente, este tipo de recalque é de pequena significância quando comparado ao recalque por adensamento, no caso de aterros com grandes dimensões (comprimento e largura), e por essa razão são desconsiderados. (ALMEIDA E MARQUES, 2010). Este tipo de assentamento só é processado após a aplicação da carga e, portanto, apresenta comportamento elástico. ● Recalque primário: Com o tempo, no processo de transferência de força entre a água e a estrutura sólida, está relacionado ao escoamento da água do vazio. O recalque equivale à variação de altura da camada do solo. (GERSCOVISH, 2016). À medida em que é adicionado peso ao solo, ele começa a ceder gradualmente. Esse processo pode durar por tempo indeterminado até que o solo atinja o equilíbrio com a estrutura. ● Recalque secundário: 14 Quando a tensão efetiva se estabiliza, ela está diretamente relacionada à deformação que ocorre no final do processo de adensamento primário. Neste processo, as partículas buscam um posicionamento para formar um arranjo mais estável, tendo em vista que no final do adensamento primário ainda se encontram posicionadas num equilíbrio instável. (GERSCOVISH, 2016). Portanto, essa supressão se deve ao deslocamento de partículas que reduz o volume do solo. Figura 5 - Evolução dos recalques através do tempo. (GERSCOVISH, 2016). 4.1.2. Recalque do pontode vista da estrutura O recalque uniforme ocorre em solos suficientemente homogêneos, fazendo com que a estrutura afunde de forma equivalente sem causar danos significativos à estrutura; é o caso do recalque esperado (projetado). (GERSCOVISH, 2016). Já o recalque diferencial ocorre em solos que se modificam ao longo de uma direção linear. Fazendo com que o solo apresente uma capacidade de carga decrescente ao longo de uma extensão (GERSCOVISH, 2016), levando a inclinação da estrutura. Exemplos desse recalque são os prédios do litoral de Santos-SP. E, por fim, o recalque distorcional ocorre devido às variações pontuais do solo causando trincas angulares em 45° nas alvenarias (GERSCOVISH, 2016), podendo comprometer a estrutura da construção. 4.2 PREVISÃO DE RECALQUES 15 A previsão de recalques é feita levando em consideração a reação da força distribuída pela estrutura estudada, prevendo o carregamento total da estrutura. Para obter uma precisão maior é preciso avaliar o nível de recalque em cada etapa do processo construtivo. Dessa maneira, o valor do recalque de cada fundação será proporcional ao seu carregamento, assumindo a hipótese de um comportamento linear- elástico. (ALVES, 2013). Interferem na exatidão do resultado, segundo Fabricio e Rossignolo (2002), fatores como: • Heterogeneidade do solo: Feita considerando um perfil de solo formado por alguns pontos investigados, devem ser analisados para fatores que não foram encontrados durante a prospecção. • Variações nas cargas previstas para a fundação: Cargas acidentais que não foram previstas e como serão distribuídas pelo solo. • Imprecisão dos métodos de cálculo: Mesmo com todo o desenvolvimento tecnológico e a mecânica dos solos, ainda não fornece métodos exatos. 4.3 CAUSAS COMUNS DE RECALQUE Além da carga imediata, segundo Alves (2013), há outros fatores que provocam deformações no solo. São eles: • Rebaixamento do lençol freático: Quando as camadas do solo sofrem compressão e causam um aumento de tensão efetiva que independe do carregamento externo. • Solos colapsíveis: Quando o solo possui vazios que podem sofrer uma ruptura súbita da cimentação intergranular, sendo causada pelo contato do solo com água. 16 • Escavações em áreas adjacentes à fundação: Com algumas obras vizinhas à fundação, mesmo tendo realizado a contenção do solo, este pode sofrer alterações devido à essa mudança próxima. • Vibrações: Geradas pela movimentação de maquinários e alto tráfego próximos. 4.4 RECALQUE IMEDIATO EM FUNDAÇÕES DE EDIFÍCIOS Como citado, o recalque imediato ou elástico acontece através das deformações elásticas do solo cuja maneira ocorre imediatamente (em dias ou até em poucas horas) sobre o carregamento da estrutura. Segundo Das (2007), para o cálculo do recalque imediato, algumas hipóteses da Teoria da Elasticidade devem ser levadas em consideração: • A carga ser na superfície do solo; • A área carregada ser flexível; • O solo ser homogêneo, elástico e isotrópico, estendendo-se a uma grande profundidade. Se a fundação for perfeitamente flexível, no caso da carga uniformemente distribuída, a pressão de contato será homogênea e o perfil do recalque será curvado. No caso de uma fundação perfeitamente rígida, o perfil do recalque será homogêneo e a pressão de contato será redistribuída (DAS, 2007). 4.5 SOLUÇÃO DE FADUM (1948) Segundo Alves (2007), o perfil do solo abaixo da estrutura carregada é dividido em camadas finitas de espessura "Δz". Partindo desse conceito e tomando como base um solo elástico com carregamento uniformemente distribuído em uma área retangular, Fadum (1948) determinou que as tensões podem ser avaliadas para medir o recalque num ponto da vertical que passa pelo vértice da área carregada, conforme a figura a seguir: 17 Figura 6 – Elementos para o método de estimativa de recalques de Fadum para uma área retangular. (POULOS E DAVIS 1974). Sabendo que os valores dos fatores “m” e “n” estão dados na imagem, interpreta-se que "z" é a profundidade média de cada camada e "a" e "b" são as dimensões da área carregada, sendo"σ0" a tensão inicial no solo na área de contato com a fundação. E, em seguida, determina- se a constante "Iσ" a partir da Equação (1) apresentada por Poulos e Davis (1974): Em seguida é feito o acréscimo de tensão "Δσ" pela Equação (2): Este método desenvolvido por Fadum aplica-se para fundações flexíveis. Assim, para as fundações rígidas, os valores de recalque devem ser corrigidos através de um Fator de redução "Fr", conforme a Equação (3). Com ρr sendo o recalque para uma fundação rígida; Fr o fator de redução (0,8<x<0,85); e ρ0 dado pela Solução de Fadum para o centro da placa flexível. (PERLOFF, 1975 apud VELLOSO e LOPES, 2002). Para calcular a tensão em um ponto que esteja fora da área carregada, tomando o efeito da teoria da elasticidade do solo, é feita uma análise de área maior com um dos seus vértices abrangendo o ponto desejado. Assim, analisando todos os fatores já citados para as duas regiões, e tomando a figura 6 como base, o cálculo de "Δσ" toma a área ACGI, subtraem-se os efeitos das áreas BCHI e DFGI e soma-se o efeito da área EFHI, que foi subtraído duas vezes nos retângulos anteriores (PINTO, 2006). Desse modo, entende-se que o método pode ser utilizado para um ponto que não corresponda ao espalhamento da área completa. 18 Figura 7 - Aplicação da Solução de Fadum para qualquer posição. Tendo calculado "Δσ", encontra-se o recalque "Δρ" para cada camada do solo a partir da Equação (4). Com Δρ sendo o recalque em cada camada; Δσ o acréscimo de tensão em cada camada; Δz a espessura da camada; e E o Módulo de Elasticidade do solo. Por fim, com a soma dos recalques em camadas, encontra-se o recalque total da fundação. 5 AVALIAÇÃO DA SUSTENTABILIDADE AMBIENTAL NA EXECUÇÃO DE EDIFÍCIOS Segundo Fossati (2008), o tema sustentabilidade tornou-se o centro de debates políticos e passou a fazer parte das estratégias das grandes empresas ao redor do mundo, deixando de ser um assunto restrito apenas às universidades. A necessidade de se construir uma sociedade mais sustentável está atrelada a uma mudança das relações entre homem e natureza, principalmente quanto ao consumo, ou seja, quanto à forma como se utilizam os recursos naturais. (C.P.C. SILVA, 2013). No setor da construção civil, nota-se uma crescente tendência na adoção de hábitos sustentáveis motivados pelo desafio de crescer economicamente e preservar os recursos ambientais. A adoção de edifícios sustentáveis implica no melhor bem-estar da sociedade, uma vez que aumenta a produtividade dos usuários e reduz o impacto ambiental. (TEIXEIRA, 2010). A necessidade de avaliar o modo como se é construído um edifício e como são captados os recursos (materiais) advém exatamente da necessidade que surgiu de verificar o tamanho do impacto que as mesmas provocam tanto no âmbito local quanto no meio ambiente como um 19 todo, devido ao fato de se terem extraído recursos dele e, durante a obra, despejado lixo nele também. (SILVA, 2007). Uma das principais iniciativas para adoção da sustentabilidade no nível de edifícios está nas normas ISO (International Organization for Standardization) de números 21929-1 e 21929- 2 de 2011, que tem como foco estruturar e desenvolver os indicadores de sustentabilidade dos edifícios. A norma aponta os aspectos ambientais que devem ser considerados no desenvolvimento de um edifício, são eles: uso de recursos energéticos; uso de recursos materiais; consumo de água; uso da terra; emissões de poluentes; ruídos e vibrações; emissões de poluentes no solo; gestão de resíduos; dentre outros. (C.P.C. SILVA, 2013). Anterior às normas ISO, foi criado, em1995, o projeto Sustainable Development and the Future of Construction, que definiu o que seria construção sustentável, as futuras consequências de se adotar esse novo tipo de construção, dentre outros temas, e contou com a participação de 11 países europeus, os Estados Unidos, o Japão e a Malásia (BOURDEAU et al., 1998). Para a criação de indicadores de sustentabilidade para o setor da construção, a CIB W82 (Working Commission W82), criadora do projeto Sustainable Development and the Future of Construction criou outro projeto chamado CRISP (Construction Related Sustainability Indicators), que classificou os indicadores de sustentabilidade em tipo, escala de impacto, aspecto de desenvolvimento sustentável e categoria de construção. (CRISP, 2001). Outra forma de se avaliar a sustentabilidade de edifícios é através dos indicadores de sustentabilidade desenvolvidos pela CIRIA (Construction Industry Research and Information Association), que através de discussões sobre o tema, fez-se emergir dez novos temas chaves para a construção ambiental, sendo os principais: evitar poluição, proteção e melhoria da biodiversidade, uso eficiente de recursos e melhor eficiência energética. (CIRIA, 2001). Segundo Oliveira (2012), uma obra possui três etapas principais: a de entrada, a de execução e a de saída. Nessas três etapas é fundamental a aplicação de princípios de racionalização para que se tenha um edifício sustentável. O “pensar sustentável” deve estar presente desde os primórdios da construção e deverá permear até mesmo no pós-obra. A necessidade de criação dos projetos desenvolvidos pela CIRIA e também pelo CRISP advém, principalmente, do fato da indústria da construção ter como referência para suas obras apenas o triângulo de custo, qualidade e tempo, como mostra a figura 8 abaixo. Entretanto, devido ao tamanho e complexidade do processo de construção de edifícios e obras de grande porte, fez-se necessário a mudança de paradigma e a inclusão de fatores ambientais como relevantes no processo construtivo. Uma vez que há um intenso uso de matéria-prima cada vez mais escassa, também há impactos ambientais provocados pela implementação de um novo https://pt.wikipedia.org/wiki/International_Organization_for_Standardization 20 edifício e a grande geração de resíduos, e o triângulo, que antes tinha três pilares básicos, passou a ter nove pilares para uma construção sustentável. (BLUMENSCHEIN, 2004). Figura 8: Triângulo de referência da construção civil. (MATEUS, 2004). 6 ESTUDO DE CASO 6.1 ASPECTOS DA REGIÃO Inicialmente formada por oito ilhas, o campus Cidade Universitária, na Ilha do Fundão, abriga a Universidade Federal do Rio de Janeiro na Baía de Guanabara. Estas passaram por um aterramento que a transformou em uma das maiores ilhas do local tornando-a conhecida. Mesmo após o processo de aterro, o arquipélago ainda conta com zonas de afloramentos rochosos em diversos pontos da região que evidenciam o passado das ilhas, antes das alterações. Os principais tipos de rocha encontrados na ilha são: (a) os granitóides mapeados no Catalão, na Pedra da Macumba e no Quartel do Exército; (b) ortognaisses também existentes no Quartel do Exército; e (c) os migmatitos em frente à biblioteca do CCMN e no morro do IEN. (VALENÇA, 2013). A Figura 9 elucida as ilhas anteriormente e posteriormente ao processo de aterro da atual Cidade Universitária. 21 Figura 9 – Foto aérea do conjunto de ilhas antes e depois do processo de aterro da atual Cidade Universitária. (VALENÇA, 2013). Como mostra na figura 9, as ilhas foram interligadas, na década de 1950, formando uma superfície de 5,6 milhões de metros quadrados, onde foi instalada a Cidade Universitária (ETUB, 1952 apud SOUZA, 2013). 6.1.1 Aspectos geotécnicos da região A Cidade Universitária foi projetada sobre diversos trechos de aterro. Assim, segundo ETUB 1952 apud SOUZA, 2013, os aterros são constituídos por recalque e dragagem das areias oriundas da Baía de Guanabara e por solos de alteração de gnaisses provenientes do desmonte de colinas existentes na área, enquanto as ilhas são constituídas por afloramentos de gnaisses, mais ou menos decompostos, circundados de bancos de areias de extensões variáveis. O subsolo, também segundo ETUB 1952 apud SOUZA, 2013, passou por diversas etapas de sondagens, feitas pelo Instituto Nacional de Tecnologia, tendo como resultado um subsolo arenoso e areno-argiloso de capacidade crescente de acordo com a profundidade no eixo Fundão-Sapucaia. Enquanto nas ilhas de Bom Jesus e Sapucaia foram encontradas formações de sedimentos arenosos fofos na região superficial e de solo compactado nas regiões mais profundas. Na ilha de Sapucaia foram observadas áreas com aterro de lixo e superfícies lodosas. 22 6.2 PROJETO E COMPOSIÇÃO ESTRUTURAL O complexo a ser analisado (Centro de Convergência CCJE-CFCH-CLA) é constituído por 5 prédios e foi destinado à Faculdade de Administração e Ciências Contábeis (FACC), ao Instituto de Economia (IE), à Faculdade de Educação (FE), à Decania do Centro de Ciências Jurídicas e Econômicas (CCJE) e aos cursos do Centro de Filosofia e Ciências Humanas (CFCH). (MAZZARONE, 2017). O Centro de Convergência foi composto por aço e concreto armado. As vigas e pilares foram projetadas por perfis metálicos de características I e H. Além disso, foram utilizadas lajes do tipo steel deck, ou seja, mistas de aço e concreto. (MAZZARONE, 2017). 6.2.1 Sondagens e ensaios No que diz respeito às sondagens, foram realizadas 30 percussões iniciais, sendo que, de acordo com a área da projeção em planta de 2.316m², deveriam ser realizadas 9 sondagens. Portanto, devido ao número de sondagens além do exigido por norma, a situação indicou uma provável variação das camadas do subsolo em questão. (MAZZARONE, 2017). As 30 primeiras sondagens foram realizadas à percussão, sendo realizado no transcorrer da mesma o ensaio SPT (Standard Penetration Test) para a obtenção do índice de resistência à penetração, totalizando 514,20 m perfurados. As perfurações foram feitas pelo processo de circulação de água e protegidos por um revestimento de 2 ½” (63,6mm) de diâmetro nominal; a extração de amostras foi feita com cravação de amostrador padrão, de 1 3/8” (34,9mm) e de 2” (50,8mm) de diâmetro interno e externo respectivamente. (MAZZARONE,2017). Após a realização das sondagens, foi necessária a mudança do tipo de estacas. Logo, o projeto de fundações sofreu alteração; a escolha do tipo de estaca hélice contínua necessitou ser alterada para estaca raiz. Essa alteração se deu justamente pela heterogeneidade do terreno, visto que, essa última escolha é capaz de atravessar camadas de solo ou de rocha. 6.3 ESTAQUEAMENTO Segundo Júnior (2007, p. 124) as estacas podem ser descritas como elementos esbeltos que são implantadas no solo por meio da perfuração ou pela percussão, podendo ser estacas escavadas ou estacas cravadas, é um tipo de fundação muito comum em obras. O processo de perfuração consiste simplesmente em fazer girar a haste de perfuração e força-la para baixo para que perfure cada vez mais fundo. (VELLOSO & LOPES et al, 2010). 23 O projeto de estaqueamento do Centro de Convergência CCJE-CFCH-CLA foi elaborado pela empresa Espectro Engenharia LTDA. O estaqueamento do tipo raiz é capaz de perfurar e atravessar terrenos com características heterogêneas que possuem camadas de solo e rochas com a utilização de um martelo de fundo, quando necessário, em seu equipamento de perfuração. Do total de 409 pontos de fundação, 95 tiveram de ser alteradas para estacas do tipo raiz, a fim de atender os requisitos de segurança que o terreno exigiu. (MAZZARONE, 2017). Dentre as alterações realizadas sobre o projeto inicial, ficaram decididas duas soluções distintas. A primeira foi caracterizada pelamanutenção de uma das estacas do tipo hélice contínua prevista no projeto inicial, entretanto, outras 4 estacas do tipo raiz necessitaram de acréscimo, alterando a configuração do arranjo inicial. As figuras 10 e 11 ilustram essa alteração realizada nos pilares com números P92 e P94. (MAZZARONE, 2017). Figura 10 - Configuração inicial do pilar P92 (à direita) e a nova configuração após as alterações (à esquerda). (MAZZARONE, 2017). 24 Figura 11 - Configuração inicial do pilar P94 (à direita) e a nova configuração após as alterações (à esquerda). (MAZZARONE, 2017). Na segunda solução apresentada, os demais grupos não tiveram suas configurações de posições alteradas, a simples substituição das estacas do tipo hélice contínua para estacas do tipo raiz foi necessária para garantir uma correta fundação. (MAZZARONE, 2017). 25 7 CONCLUSÃO Contata-se, após os conceitos descritos, ser necessário um estudo detalhado antes da implantação da fundação em um edifício, sobretudo de investigação do subsolo, visando diminuir os recorrentes imprevistos na execução das fundações. Como fator negativo, evidencia-se, com a intenção de redução de custos na obra, a falta de investimento por parte da indústria da construção civil em recursos de investigações geotécnicas. Por meio de ampla revisão bibliográfica, exemplificou-se os estudos e análises necessárias para a execução de fundações em edifícios. Além disso, notou-se que, quanto menor a rigidez dos apoios, maior é a variação obtida neste parâmetro, já que a estabilidade global de uma edificação é a rigidez à rotação dos apoios, pois quanto mais livre for a rotação do apoio, maiores serão os deslocamentos horizontais. Quando o solo apresenta maior rigidez, a sua rotação tende a aumentar, isso porque suas sapatas são idênticas aos solos diferentes, sendo assim, os resultados são próximos aos da fundação real. A consideração da deformabilidade do solo nos projetos estruturais gera uma distribuição nos esforços ao longo da estrutura, sendo assim, essa distribuição pode trazer mudanças significativas no dimensionamento das peças estruturais. Doravante a isso, temos o caso estudado do Centro de Convergência CCJE-CFCH-CLA, no qual o engenheiro projetista não levou em consideração as características do solo que predominantes na região, o que influenciou na necessidade de alteração de projeto de fundação ao decorrer da obra. Portanto, é possível concluir que a Geotecnia tem aplicação direta na Engenharia. E, na execução de edificações, o engenheiro responsável deve estar sempre apto a analisar a viabilidade técnica e orçamentária para cada tipo de fundação em específico a ser aplicada em uma construção. 26 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ______. ISO 21.929-1. Sustainability in building construction - Sustainability indicators – Part 1: Framework for the development of indicators and a core set of indicators for buildings. 2011. ______. ISO 21.929-2. Sustainability in building construction - Sustainability indicators – Part 1: ramework for the development of indicators for civil engineering works. 2013. ABEF/ABMS (1996) Fundações - Teoria e Prática. São Paulo: Pini, 1998. 751 p. ALMEIDA, M. S. S. et al. “Investigações de Campo e de Laboratório na Argila de Sarapuí”. Revista Solos e Rochas, Vol. 28, Nº 1, 2005. ALMEIDA, M. S. S.; MARQUES, M. E. S. “Aterros Sobre Solos Moles. Projeto e Desempenho”. São Paulo: Ed. Oficina de Textos, 2010. ALVES, KÁRITA C. S. K.Previsão de recalques com interação entre sapatas/radiers. Trabalho de conclusão de curso – Escola de Engenharia Civil – Universidade Federal de Goiás, 2013. ANTONIAZZI, J. P. Interação solo-estrutura de edifícios com fundações superficiais. Trabalho de mestrado - Programa de pós-graduação em engenharia civil e ambientalda Universidade Federal de Santa Maria, 2011. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6122:2010 – Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro, 2010. BLOG FETZ. Fundações de obras: Elementos que devem ser levados em conta. Disponível em: https://fetz.com.br/blog/. Acesso em: 14 out. 2021. BLUMENSCHEIN, R. N. A sustentabilidade na cadeia produtiva da indústria da construção. 2004. 248f. Tese (Doutorado). Universidade de Brasília, Brasília, 2004. BOURDEAU, L.; HUOVILA, P.; LANTING, R.; GILHAM, A. (Ed.). A comparison of visions from various countries. CIB Report Publication 225. CIB Working Commission W82 “Future Studies in Construction”. May 1998. 119 f. CIRIA - CONSTRUCTION INDUSTRY RESEARCH AND INFORMATION ASSOCIATION. Sustainable construction: company indicators. CIRIA Report C563 (CIRIA’s Project RP609). London: CIRIA/WS Atkins Consultants, 2001. CONTRULINO, CASA DA CONSTRUÇÃO. Fundação, o início da obra. Disponível em: https://www.casadoconstrutor.com.br/blog/fundacao-o-inicio-da-obra/. Acesso em: 12 out. 2021. CRISP - CONSTRUCTION RELATED SUSTAINABILITY INDICATORS NETWORK. Construction-related sustainability indicators. CRISP Newsletter, n. 1, July 2001. 6 f. https://fetz.com.br/blog/ https://www.casadoconstrutor.com.br/blog/fundacao-o-inicio-da-obra/ 27 DAS, B. M. Fundamentos de Engenharia Geotécnica. Tradução da 6ª edição americana. São Paulo: Thomsom Learning, 2007. FABRÍCIO, M. M., ROSSIGNOLO, J. A. Fundações. 2002. Disponível em: http://www.profwillian.com/sistemas/Apostila_Fundacoes.pdf. Acesso em 21/10/2021. FOSSATI, M. Metodologia para avaliação da sustentabilidade de projetos de edifícios: o caso de escritórios em Florianópolis. 2008. 342 f. Tese (Doutorado) – Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2008. GERE, J. M; WEAVER Jr., W. (1981). Análise de estruturas reticuladas. ED. Guanabara Dois, Rio de Janeiro, 1981. GERSCOVISH, D. Apostila de compressibilidade e adensamento. Faculdade de Engenharia, Departamento de Estruturas e Fundações, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, 2016. ISO - INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. ISO 15.392. Sustainability in building construction – General Principles. 2008. MARANGON, M. Geotecnia de Fundações e Obras de Terra – 2018. Disponível em: https://www.ufjf.br/nugeo/files/2017/07/GEF03-Investiga%c3%a7%c3%a3o- Geot%c3%a9cnica-e-Par%c3%a2metros-para-Funda%c3%a7%c3%b5es-2018.pdf. Acesso em: 10 out. 2021. MATHEUS, R. Novas tecnologias construtivas com vista à sustentabilidade da construção, 2004. Disponível em: http://hdl.handle.net/1822/817. Acesso em: 19 out. 2021. MAZZARONE, Roberto. Estudo de caso: Análise do projeto das fundações do Centro de Convergência CCJE-CFCH-CLA localizado na Ilha do Fundão - Rio De Janeiro. 2017. 129. Graduação, Engenharia Civil – Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2017. MUNDIN, D; CRUVINEL, E; CAVALCANTI, M. Metodologia de previsão de recalques em sapatas de grandes edifícios, através de implementação de uma ferramenta numérica, durante processo construtivo. 2013. 25f. Trabalho de Conclusão de Curso - Escola de Engenharia Civil de Goiás – UFG, Geotecnia, 2013. MUÑOZ, SOCRATE. Interação solo estrutura de edifícios: 6 pontos de atenção. Disponível em: https://maisengenharia.altoqi.com.br/estrutural/interacao-solo-estrutura-de- edificios-6-pontos-de-atencao/. Acesso em: 20 set. 2021. OLIVEIRA, J. A. C.; SPOSTO, R. M. BLUMENSCHEIN, R. N. Ferramenta para avaliação da sustentabilidade ambiental na fase de execução de edifícios no Distrito Federal. GEPROS. Gestão da Produção, Operações e Sistemas, Ano 7, nº 2, abr-jun/2012, p. 11-21. OLIVEIRA, Osni. Principais tipos de fundações. Disponível em: https://ocp.news/colunista/arquitetura-eixo11/principais-tipos-de-fundacoes. Acesso em: 05 set. 2021. PINHEIRO, Igor. Os 10 principais tipos de fundações. Disponível em: https://www.inovacivil.com.br/os-principais-tipos-de-fundacoes/. Acesso em: 20 set. 2021. http://www.profwillian.com/sistemas/Apostila_Fundacoes.pdfhttps://www.ufjf.br/nugeo/files/2017/07/GEF03-Investiga%c3%a7%c3%a3o-Geot%c3%a9cnica-e-Par%c3%a2metros-para-Funda%c3%a7%c3%b5es-2018.pdf https://www.ufjf.br/nugeo/files/2017/07/GEF03-Investiga%c3%a7%c3%a3o-Geot%c3%a9cnica-e-Par%c3%a2metros-para-Funda%c3%a7%c3%b5es-2018.pdf https://maisengenharia.altoqi.com.br/estrutural/interacao-solo-estrutura-de-edificios-6-pontos-de-atencao/ https://maisengenharia.altoqi.com.br/estrutural/interacao-solo-estrutura-de-edificios-6-pontos-de-atencao/ https://ocp.news/colunista/arquitetura-eixo11/principais-tipos-de-fundacoes https://www.inovacivil.com.br/os-principais-tipos-de-fundacoes/ 28 PINTO, C. S. Curso básico de mecânica dos solos. 2ª Edição. Oficina de textos. 2006. POULOS, H. G. Pile behavior - theory and application.Geotechnique. Volume: 39(3). 1989. REBELLO, Y. C. P. Fundações: guia prático de projeto, execução e dimensionamento. 4. ed. São Paulo: Zigurate, 2008. Disponível em: < http://wiwin.site/descarregar/8585570105- fundacoes-guia-pratico-de-projeto-execucao-e-dimensionamento > Acesso em: 21 de outubro de 2021. SILVA, Camilla Pompêo de Camargo e. Indicadores de sustentabilidade ambiental na etapa de execução de edificações multipavimentos. 2013. 141 f. Dissertação (Mestrado em Geotecnia, Estruturas e Construção Civil) - Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2013. SILVA, V.G. Indicadores de sustentabilidade de edifícios: estado da arte e desafios para desenvolvimento no Brasil. In: Revista do Ambiente Construído, Porto Alegre, v. 7, n. 1, p.47-66, jan./mar. 2007. TEIXEIRA, M. P. Análise da sustentabilidade no mercado imobiliário residencial brasileiro. 2010. 136f. Dissertação (Mestrado) – Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, 2010. THOMAZ, E. Trincas em edifícios: causas, prevenção e recuperação. São Paulo, Ed. PINI, 2003. VALENÇA, J. G., 2013, O plural e o Singular: As Ilhas e a Ilha do Fundão. Disponível em: <http://www.caminhosgeologicos.rj.gov.br/>. Acesso em: 21 out. 2021. VELLOSO, D. & LOPES, F. R. Fundações. São Paulo: Oficina de textos, 2010. 568 p.
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