Aula 1 - Introdução, tipos de fundação e projeto de fundações

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Introdução, Tipos de Fundação e Projeto
Professor: Guilherme Mussi
Fundações e Contenções - Universidade Estácio de Sá
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Guilherme Mussi 
Bibliografia
ABNT NBR 6122 – Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro, 2019.
CINTRA, AOKI, Fundações em Estacas – projeto geotécnico, Editora Oficina de Textos, SP, 2010.
CINTRA, AOKI e ALBIEIRO, Fundações Diretas – projeto geotécnico, Editora Oficina de Textos, SP, 2011.
VELLOSO e LOPES, Fundações: volume completo: critérios de projeto, investigação de subsolo, fundações superficiais, fundações profundas, Editora Oficina de texto, SP, 2011.
GERSCOVICH, DANZIGER E SARAMAGO, Contenções: teoria e aplicações em obras. 2ª ed. Oficina de Textos, 2016.
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Introdução
Fundação é a parte da estrutura que transmite ao terreno subjacente a carga da obra;
Uma fundação bem dimensionada é aquela que provoca nos terrenos apenas recalques que a estrutura possa suportar, oferecendo, ainda, um coeficiente de segurança satisfatório à ruptura ou escoamento do solo ou do elemento estrutural de fundação.
Requisitos para a escolha do tipo de fundação:
A fundação deverá sofrer apenas recalques que a estrutura pode suportar, sem acarretar problemas estruturais, funcionais ou estéticos;
A execução da fundação não deve causar danos a estruturas vizinhas;
Ao lado do aspecto técnico, deve ser observado o aspecto econômico (dentre as alternativas tecnicamente viáveis, deve-se escolher o tipo de fundação que vai acarretar menor custo para a implantação do empreendimento). 
Superestrutura
Infraestrutura/Fundação
Maciço Geotécnico – composto por solo e/ou rocha
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Introdução
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Tipos de Fundação
Grupos
Fundações Superficiais (Diretas ou Rasas)
Fundações Profundas
Bloco;
Sapata;
Sapata Corrida;
Sapata Associada;
Radier;
Grelha.
Estaca;
Tubulão;
Caixão.
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Fundações Diretas, Rasas ou Superficiais
São aquelas em que a carga é transmitida ao terreno predominantemente pelas pressões distribuídas sob a base da fundação e em que a profundidade de assentamento é inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação. 
B = menor dimensão da sapata em planta;
L = maior dimensão da sapata em planta;
Df = profundidade de assentamento
Portanto:
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Fundações Diretas, Rasas ou Superficiais
Segundo Alonso (2019), as fundações superficiais não devem ser utilizadas nos seguintes casos:
Aterro não compactado;
Argila mole;
Areia fofa e muito fofa;
Existência de água onde o rebaixamento do lençol freático não se justifica economicamente;
A área ocupada pelas fundações ultrapassar 70 % da área disponível (muitas sapatas associadas).
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Fundações Profundas 
São aquelas em que o elemento de fundação transmite a carga ao terreno pela base (resistência de ponta), por sua superfície lateral (resistência de atrito do fuste) ou por uma combinação das duas, sendo sua ponta ou base apoiada em uma profundidade superior a oito vezes a sua menor dimensão em planta e no mínimo 3,0 m;
Neste tipo de fundação incluem-se as estacas, os tubulões e os caixões. 
Onde:
R = a capacidade de carga do elemento de fundação;
RP = Resistência de ponta;
RL = resistência por atrito lateral.
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Fundações Profundas 
São indicadas quando não é possível executar uma fundação superficial, ou seja, quando a camada de solo superficial não apresenta resistência suficiente para implantação de sapatas, blocos ou radiês.
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Tipos de Fundações Superficiais
Blocos
São elementos de fundação dimensionados de modo que as tensões de tração neles produzidas possam ser resistidas pelo próprio concreto, sem necessidade de armadura. Podem ter faces verticais, inclinadas ou escalonadas e apresentar planta de seção quadrada ou retangular. 
Bloco Comum
Bloco em Degraus
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Tipos de Fundações Superficiais
Sapatas
Elemento de fundação rasa, de concreto armado, dimensionado de modo que as tensões de tração nele resultantes sejam resistidas pelo emprego de armadura especialmente disposta para esse fim;
As sapatas diferem-se dos blocos porque estas utilizam armadura para combater esforços de tração. 
Classificadas:
Sapatas Isoladas – Dimensionadas para receber a carga de apenas um pilar;
Sapatas Associadas – Sapata comum a dois pilares; a denominação se aplica também a sapata comum a mais do que dois pilares, quando não alinhados e desde que representem menos de 70 % das cargas da estrutura;
Sapatas Corridas – Sapata sujeita à ação de uma carga distribuída linearmente ou de três ou mais pilares ao longo de um mesmo alinhamento, desde que representem menos de 70 % das cargas da estrutura.
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Tipos de Fundações Superficiais
Sapatas
Sapatas Isoladas – Dimensionadas para receber a carga de apenas um pilar;
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Sapatas
Sapatas Isoladas – Dimensionadas para receber a carga de apenas um pilar;
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Sapatas
Sapata Associada – Sapata comum a dois pilares; a denominação se aplica também a sapata comum a mais do que dois pilares, quando não alinhados e desde que representem menos de 70 % das cargas da estrutura;
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Tipos de Fundações Superficiais
Sapatas
Sapata Associada – Sapata comum a dois pilares; a denominação se aplica também a sapata comum a mais do que dois pilares, quando não alinhados e desde que representem menos de 70 % das cargas da estrutura;
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Tipos de Fundações Superficiais
Sapatas
Sapatas Corridas – Sapata sujeita à ação de uma carga distribuída linearmente ou de três ou mais pilares ao longo de um mesmo alinhamento, desde que representem menos de 70 % das cargas da estrutura (as vezes chamado de baldrame ou de viga de fundação);
Transmitem a carga de um muro, de uma parede ou de uma fila de pilares alinhados. 
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Tipos de Fundações Superficiais
Sapatas
Sapatas Corridas – Sapata sujeita à ação de uma carga distribuída linearmente ou de três ou mais pilares ao longo de um mesmo alinhamento, desde que representem menos de 70 % das cargas da estrutura.
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Critérios Adicionais – NBR 6122/2019
Dimensão Mínima (7.7.1)
Em planta, as sapatas isoladas ou os blocos não podem ter dimensões inferiores a 60 cm (B e L ≥ 60 cm).
Profundidade Mínima (7.7.2)
Profundidade mínima de assentamento 1,5 m no caso de divisa com terrenos vizinhos (com exceção de terrenos rochosos). Em casos de obras cujas sapatas ou blocos tenham, em sua maioria, dimensões inferiores a 1,0 m, essa profundidade mínima pode ser reduzida.
Lastro (7.7.3)
Todas as partes da fundação superficial em contato com o solo (sapatas, vigas de equilíbrio, etc.) devem ser concretadas sobre um lastro de concreto não estrutural com no mínimo 5 cm de espessura, a ser lançado sobre toda a superfície de contato solo-fundação. Em caso de rocha, o lastro servirá para regularizar a superfície, podendo ter espessura variável (respeitando o mínimo de 5 cm).
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Tipos de Fundações Superficiais
Radier
Elemento de fundação rasa dotado de rigidez para receber e distribuir mais doque 70 % das cargas da estrutura (NBR 6122/2019);
A expressão radier pode ser usada quando uma fundação superficial associada recebe todos os pilares da obra (radier geral) ou quando recebe apenas parte dos pilares da obra (radier parcial)
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Tipos de Fundações Superficiais
Radier
Adota-se uma fundação em radier quando:
As áreas das sapatas se aproximam uma das outras ou mesmo se interpenetram (em consequências de cargas elevadas nos pilares e/ou de tensões de trabalho baixas);
Se deseja uniformizar os recalques (através de uma fundação associada).
Tipos de Radiês
Velloso e Lopes, 2010
Radier liso;
Radier com pedestais ou cogumelos;
Radiers nervurados (vigas invertidas);
Radiers em caixão
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Tipos de Fundações Superficiais
Radier
Por exemplo:
O hotel Hilton Copacabana (antigo Hotel Meridien) apresenta a fundação em radier;
O edifício do hotel tem 40 pavimentos, incluindo 4 pavimentos de subsolo;
Terreno local é constituído basicamente por areia fina e média de compacidade crescente, com profundidade até cerca de 20 m, onde aparece solo residual de gnaisse;
Fundação em radier em caixão.
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Tipos de Fundações Superficiais
Grelha
Elemento de fundação constituído por um conjunto de vigas que se cruzam nos pilares;
Não está na norma NBR 6122/2019.
Velloso e Lopes, 2010
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Tipos de Fundações Profundas
Estacas
Segundo a NBR 6122/2019 é o elemento de fundação profunda executado inteiramente por equipamentos ou ferramentas, sem que, em qualquer fase de sua execução, haja trabalho manual em profundidade.
 Os materiais empregados podem ser: madeira, aço, concreto pré-moldado, concreto moldado in loco, argamassa, calda de cimento, ou qualquer combinação dos anteriores;
São elementos estruturais esbeltos que, colocados ou moldados no solo por cravação ou perfuração, têm a finalidade de transmitir cargas ao terreno, seja pela sua resistência de ponta ou de base (estacas de ponta), seja pela resistência por atrito lateral ao longo de seu fuste (estacas flutuantes), ou por combinação das duas (mais comum). 
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Estacas
Tipos de Fundações Profundas
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Tubulões
São elementos de fundação profunda, geralmente cilíndricos, em que, pelo menos na sua etapa final de escavação, há descida de operário (alargamento de base ou limpeza do fundo da escavação);
Podem ser feitos a céu aberto ou sob ar comprimido, e ter ou não base alargada;
Podem ser executados com revestimento (camisa metálica ou anéis de concreto armado) ou sem revestimento; 
Neste tipo de fundação as cargas são resistidas preponderantemente pela ponta.
Tipos de Fundações Profundas
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Caixão
Elemento de fundação profunda de forma prismática, concretado na superfície e instalado por escavação interna;
Este tipo de fundação não é citado na NBR 6122/2019.
Tipos de Fundações Profundas
Velloso e Lopes, 2010
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Se as três camadas A, B e C têm satisfatórias características de resistência, é possível a implantação da fundação na camada A, para qualquer tipo de estrutura e valor de carga;
Se apenas a camada A é resistente, só devemos apoiar nessa camada fundações de estruturas leves, cuja carga limite deve ser determinada por uma análise de recalques;
Se a camada A é de fraca resistência e a B é resistente, a esta se deve transmitir a carga da estrutura por meio de uma fundação profunda, atentando-se em particular para o peso limite da estrutura (através de um estudo de recalques), quando a camada C for de fraca resistência e grande espessura;
Se as camadas A e B são fracas e a camada C resistente, nesta dever-se-á apoiar a fundação.
Não é aconselhável a adoção de tipos diferentes de fundação para uma mesma estrutura, tendo em vista a possibilidade de acréscimo dos recalques diferenciais. 
Em resumo
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Elementos Necessários ao Projeto
Topografia da área
Levantamento topográfico (planialtimétrico);
Dados sobre taludes e encostas no terreno (ou que possam atingir o terreno).
Dados geológicos-geotécnicos
Investigação do subsolo (às vezes em duas etapas: preliminar e complementar);
Outros dados geológicos e geotécnicos (mapas, fotos aéreas e de satélite, artigos sobre experiências anteriores no local).
Dados sobre construções vizinhas
Número de pavimentos, carga média por pavimento (peso de um prédio residencial ou comercial é da ordem de 12 kN/m² de área construída, por pavimento);
Tipo de estruturas e fundações;
Desempenho das fundações;
Existência de subsolo;
Possíveis consequências de escavações e vibrações provocadas pela nova obra.
Dados da Estrutura
Tipo e uso que terá a nova obra;
Sistema estrutural (hiperelasticidade, flexibilidade, etc.);
Sistema construtivo (convencional, pré-moldado, etc);
Cargas (ações nas fundações).
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Ações nas Fundações
As solicitações a que uma estrutura está sujeita podem ser classificadas de diferentes maneiras;
No Brasil, a NBR 8681 (ações e segurança nas estruturas) classifica as ações nas estruturas em três grupos:
Ações Permanentes:
Ocorrem com valores constantes ou de pequena variação em torno de sua média, durante praticamente toda a vida da obra (peso próprio da construção e de equipamentos fixos, empuxos de terra, empuxos de água, etc.);
Ações Variáveis:
Ocorrem com valores que apresentam variações significativas em torno de sua média, durante a vida da obra (ações variáveis devidas ao uso da obra e ações ambientais, como vento, ondas, correnteza, etc.);
Ações Excepcionais:
São as que têm duração extremamente curta e muito baixa probabilidade de ocorrência durante a vida da construção, mas que devem ser consideradas nos projetos de determinadas estruturas (incêndios, enchentes, sismos, etc.).
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Estados Limites de uma Estrutura
Estados Limites – são os estados a partir dos quais a estrutura apresenta desempenho inadequado às finalidades da obra;
A NBR 8681 estabelece critérios para combinações das ações mencionadas (slide anterior) na verificação dos estados limites de uma estrutura:
Estado Limite Último (ELU) - associados a colapso parcial ou a colapso total da obra;
Estados Limites de Serviço (ELS) – quando ocorrem deformações, fissuras e vibrações que comprometem o uso da obra.
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Requisitos de um Projeto
Os requisitos básicos a que um projeto de fundações deverá atender são:
Deformações aceitáveis sob as condições de trabalho (Figura a);
Segurança adequada ao colapso do solo de fundação ou estabilidade externa (Figura b);
Segurança adequada ao colapso dos elementos estruturais ou estabilidade interna (Figura e).
O requisito 1 corresponde a verificação de estados limites de serviço (ELS), enquanto que os requisitos 2 e 3 corresponde a verificação de estados limites últimos (ELU);
Outros requisitos específicos de certos tipos de obras:
Segurança ao tombamento (Figura c);
Segurança ao Deslizamento (Figura d);
Níveis de Vibração Compatíveis.
Velloso e Lopes, 2010
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Verificação da Segurança
Diante de problemas de fundações existem diversas incertezas;
Consequentemente, é necessário a adoção de Fatores de Segurança que considerem todas as incertezas.
INCERTEZAS
INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS
PARÂMETROS DOS MATERIAIS
MÉTODOS DE CÁLCULO DA CAP. DE CARGA
Ações
EXECUÇÃO
FATORES DE SEGURANÇA
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Verificação da Segurança
Investigações Geotécnicas
Solo heterogêneo;
Pouco conhecimento do “todo” obtido pelas investigações;
Possibilidade de presença de materiais de menor resistência.
Parâmetros de Resistência e Compressibilidade dos Materiais
A obtenção dos parâmetros por ensaios de campo (SPT, CPTU, VANE, etc.) ou por ensaios de laboratório podem apresentar erros.
Métodos de Cálculo da Capacidade de Carga
São calculados a partir de modelos que buscam representar a realidade porém, apresentam simplificações que podem resultar em erros.
Cargas
Cargas que se projetam as fundações também podem apresentar erros.
Execução
Imperfeições durante a execução das fundações.
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Fatores/Coeficientes de Segurança
Os coeficiente de segurança serão classificados de acordo com a maneira de considerar as incertezas.
Se todas as incertezas são incluídas em um único coeficiente, ele será chamado Coeficiente de Segurança Global. O uso do fator de segurança global é usualmente chamado Método de Valores Admissíveis;
Se as incertezas indicadas são tratadas nos cálculos com coeficientes de ponderação para cada aspecto do cálculo, serão chamados Coeficientes de Segurança Parciais. O uso de fatores de segurança parciais é usualmente chamado Método de Valores de Projeto. 
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Processo Executivo - Sapatas
Notas de Aula Prof. Flávio da Cunha (2021) – IPOG
Para escavação em solo, caso se utilizem equipamentos mecânicos, a profundidade de escavação com esses equipamentos deve ser paralisada a no mínimo 30 cm acima da cota de assentamento prevista, sendo a parcela final removida manualmente;
Antes da concretagem, é feito a liberação da base. O solo ou rocha de apoio das sapatas, isento de material solto, deve ser vistoriado por profissional habilitado, que confirma in loco a capacidade de suporte do material.
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Notas de Aula Prof. Flávio da Cunha (2021) – IPOG
Processo Executivo - Sapatas
O fundo da cava deve ser regularizado com lastro de concreto não estrutural, em espessura mínima de 5 cm. A superfície final deve resultar plana e horizontal;
Para sapatas assentes em rocha há necessidade de camada de regularização com espessura necessária para garantir uma superfície final plana e horizontal.
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Notas de Aula Prof. Flávio da Cunha (2021) – IPOG
Processo Executivo - Sapatas
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Notas de Aula Prof. Flávio da Cunha (2021) – IPOG
Processo Executivo - Sapatas
Os procedimentos de concretagem devem obedecer às especificações do projeto estrutural.
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Notas de Aula Prof. Flávio da Cunha (2021) – IPOG
Processo Executivo - Sapatas
Após cura da sapata, deve ser procedido o reaterro compactado da cava.
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Referências Bibliográficas
ABNT NBR 6122 – Projeto e Execução de Fundações. Rio de Janeiro, 2019.
CINTRA, AOKI e ALBIEIRO, Fundações diretas – projeto geotécnico, Editora Oficina de Textos, SP, 2011.
VELLOSO e LOPES, Fundações: volume completo: critérios de projeto, investigação de subsolo, fundações superficiais, fundações profundas, Editora Oficina de Textos, SP, 2011.
Notas de aula Professor Flávio da Cunha, Dimensionamento e Projeto de Fundações Superficiais, IPOG, 2021.
Notas de aula Professor Carlos Serman, Fundações, Graduação em Engenharia Civil, Universidade Veiga de Almeida, 2015.
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