Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
DESCRIÇÃO Fatores determinantes do processo para a especificação de um projeto de fundação desde a concepção das cargas solicitantes até as características do solo. PROPÓSITO Conhecer os tipos de fundação (base de qualquer edificação, responsável pela dissipação das cargas sobre o solo e importante contra problemas, como os recalques e as consequentes patologias na estrutura) e o processo de determinação do modelo utilizável em cada situação para a concepção de um projeto estrutural. PREPARAÇÃO Antes de iniciar a leitura deste conteúdo, é recomendado ter em mãos uma calculadora científica e conhecer ferramentas que facilitem os processos de cálculo, por exemplo, o Excel. OBJETIVOS MÓDULO 1 Identificar as filosofias e os conceitos de um projeto de fundações MÓDULO 2 Definir as principais ações, as solicitações e a segurança necessárias para o dimensionamento de um projeto de fundações MÓDULO 3 Interpretar o processo de investigação do subsolo, bem como os ensaios e as provas de carga MÓDULO 4 Aplicar os procedimentos para a escolha do tipo de fundação INTRODUÇÃO PROJETO DE FUNDAÇÃO AVISO: Orientações sobre unidades de medida ORIENTAÇÕES SOBRE UNIDADES DE MEDIDA javascript:void(0) Em nosso material, unidades de medida e números são escritos juntos (ex.: 25km) por questões de tecnologia e didáticas. No entanto, o Inmetro estabelece que deve existir um espaço entre o número e a unidade (ex.: 25 km). Logo, os relatórios técnicos e demais materiais escritos por você devem seguir o padrão internacional de separação dos números e das unidades. MÓDULO 1 Identificar as filosofias e os conceitos de um projeto de fundações INTRODUÇÃO AO PROJETO DE FUNDAÇÕES INTRODUÇÃO AO PROJETO DE FUNDAÇÕES Foto: Shutterstock.com Fundação. A Engenharia Civil é conhecida e difundida como a área que resolve problemas cujas soluções adotadas são consequência da junção da teoria, pesquisa, prática, experiência e julgamento pessoal ao mesmo tempo. Trata-se, em suma, de uma série de fatores, os quais, apesar de seus pesos distintos, contribuem para um resultado mais satisfatório. Uma das diversas áreas estudadas na Engenharia Civil é a de fundações. Ela é vista como uma área complexa por diversos motivos. Em primeiro lugar, porque demanda conhecimento de uma área afim da Engenharia Civil: a Engenharia Geotécnica. O projetista de fundações deve entender a fundo o dimensionamento de estruturas de concreto, já que a maioria das fundações é feita desse material. Além da complexidade teórica que envolve essa área, as fundações são os elementos-base de qualquer construção, ou seja, os elementos que suportam todas as cargas. Dessa forma, para começar a compreender melhor essa área, é necessário entender o que significa um elemento de fundação. Segundo a ABNT 6122:2019, uma fundação pode ser entendida como o elemento cuja função é transferir a carga da estrutura para o solo sem sobrecarregá-lo. A capacidade de carga do solo é o maior valor possível de uma sobrecarga que não resulte em recalques excessivos ou rupturas por cisalhamento. Desse modo, o tipo de fundação escolhida para um projeto depende de: Cargas da estrutura Formação do relevo Características geotécnicas do perfil do subsolo Imagem: extraída de Ching, 2017, p. 69 Esforços nas fundações. TIPOS DE FUNDAÇÕES Foto: Shutterstock.com Como destacamos anteriormente, fundação é a parte de uma estrutura que transmite ao terreno subjacente a carga da obra. O estudo de qualquer fundação compreende preliminarmente duas partes essencialmente distintas: Cálculo das cargas atuantes sobre a fundação Estudo do terreno De posse das cargas atuantes na fundação e do estudo do terreno, é possível dividir as fundações em dois grandes grupos: Imagem: extraída de Ching, 2017, p. 72. Tipos de fundação – apoio no solo. FUNDAÇÕES RASAS (SUPERFICIAIS OU DIRETAS) Imagem: Dayanne Severiano Meneguete Fundação rasa. As fundações rasas são definidas pela NBR 6122:2019, como: [...] O ELEMENTO DE FUNDAÇÃO EM QUE A CARGA É TRANSMITIDA AO TERRENO PELAS TENSÕES DISTRIBUÍDAS SOB A BASE DA FUNDAÇÃO, E A PROFUNDIDADE DE ASSENTAMENTO EM RELAÇÃO AO TERRENO ADJACENTE À FUNDAÇÃO É INFERIOR A DUAS VEZES A MENOR DIMENSÃO DA FUNDAÇÃO. FUNDAÇÕES PROFUNDAS (INDIRETAS) Imagem: Dayanne Severiano Meneguete Fundação profunda. A NBR 6122:2019 as define como o: [...] ELEMENTO DE FUNDAÇÃO QUE TRANSMITE A CARGA AO TERRENO OU PELA BASE (RESISTÊNCIA DE PONTA) OU POR SUA SUPERFÍCIE LATERAL (RESISTÊNCIA DE FUSTE) OU POR UMA COMBINAÇÃO DAS DUAS, DEVENDO SUA PONTA OU BASE ESTAR ASSENTE EM PROFUNDIDADE SUPERIOR AO DOBRO DE SUA MENOR DIMENSÃO EM PLANTA, E, NO MÍNIMO, 3,0M. NESSE TIPO DE FUNDAÇÃO INCLUEM-SE AS ESTACAS E OS TUBULÕES. Em linhas gerais, pode-se dizer que, em situações nas quais as fundações superficiais não são viáveis, se opta pela utilização das profundas. EXEMPLO O solo próximo à superfície não tem capacidade de carga suficiente para suportar as cargas estruturais de fundação; consequentemente, pode haver recalques acima dos limites admissíveis. Em situações nas quais as cargas estruturais consistem em cargas laterais e/ou forças de levantamento, deve-se optar por fundações profundas para garantir a estabilidade local. FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS As fundações superficiais podem ser entendidas como aquelas que têm o cálculo da tensão admissível como grandeza fundamental para o projeto. Essas fundações se subdividem em três grupos Imagem: Dayanne Severiano Meneguete Tipos de fundações rasas. Imagem: Dayanne Severiano Meneguete SAPATA As sapatas são definidas como o elemento de fundação superficial feito em concreto armado. Seu dimensionamento é realizado de tal modo que as tensões de tração nele resultantes sejam resistidas, como aponta a figura, pelo emprego de uma armadura especialmente disposta para esse fim. Imagem: Dayanne Severiano Meneguete BLOCO Os blocos são os elementos de fundação superficial de concreto, embora ele seja não armado. Ou seja, em seu dimensionamento, as tensões de tração nele resultantes são resistidas pelo concreto, conforme indica a figura, sem a necessidade de uma armadura. Imagem: Dayanne Severiano Meneguete RADIER O radier é o elemento de fundação superficial definido como aquele que abrange a parte ou todos os pilares de uma edificação. As sapatas são divididas em três grupos. Imagem: Dayanne Severiano Meneguete SAPATA ISOLADA A sapata isolada é a mais simples por ser o elemento de fundação que recebe os esforços de apenas um pilar. Imagem: Dayanne Severiano Meneguete SAPATA ASSOCIADA A sapata associada é o elemento que contém normalmente mais de um pilar. Ela é necessária sempre que duas sapatas próximas se sobrepõem, como ocorre na imagem. Imagem: Dayanne Severiano Meneguete SAPATA CORRIDA A sapata corrida é aquela sujeita à ação de uma carga distribuída linearmente ou de pilares ao longo de um mesmo alinhamento. FUNDAÇÕES PROFUNDAS As fundações profundas podem ser entendidas como aquelas cuja grandeza fundamental para o projeto por estacas é a carga admissível. Essa carga pode ser definida com base em cálculos empíricos de vários autores a partir dos resultados da investigação do subsolo ou, no caso de elementos pré-fabricados, da resistência de projeto. O projeto, por sua vez, deve considerar tanto o fator de segurança global quanto os valores característicos especificados em norma. As fundações profundas se dividem em dois grandes grupos: Imagem: Dayanne Severiano Meneguete. Tipos de fundações profundas ou indiretas. ESTACAS De forma bem simplificada, as estacas podem ser classificadas quanto a: Processo de execução. Forma de funcionamento, ou seja, a maneira com que trabalha os esforços atuantes. Forma de carregamento. Tipo de material. Imagem: Dayanne Severiano Meneguete Classificação das estacas. Falaremos agora sobre os tipos de estacas moldadas mais populares: ESTACA BROCA Estaca mais simples dentreas que são moldadas in loco, ela pode ser executada por perfuração com trado e posterior concretagem in loco, normalmente com o diâmetro variando entre 15 e 25cm e o comprimento de até 6,0m. As estacas do tipo broca são normalmente empregadas para pequenas cargas. ESTACA STRAUSS É executada por perfuração por meio de piteira com uso parcial ou total de revestimento recuperável e posterior concretagem in loco. Sua execução requer: Equipamento constituído de um tripé de madeira ou de aço. Guincho acoplado a um motor (combustão ou elétrico). Sonda de percussão munida de válvula em sua extremidade inferior (para a retirada de terra). Soquete. Tubulação de aço com elementos de 2 a 3 metros de comprimento rosqueáveis entre si. Guincho manual para a retirada da tubulação. Roldanas. Cabos de aço. Ferramentas. ESTACA HÉLICE CONTÍNUA Estaca de concreto moldada in loco e executada graças a um traço contínuo. A injeção de concreto, realizada por intermédio da haste central do trado, é feita simultaneamente à sua retirada do terreno. ESTACA ÔMEGA Tem execução semelhante à da hélice contínua monitorada. Sua diferença reside basicamente na configuração da haste de perfuração, já que a estaca ômega tem uma hélice curta, ou seja, a retirada de solo não é contínua. Imagem: Extraída de Guimarães e Peter, 2018, p. 109 Estaca ômega. ESTACAS BARRETES Na ocorrência de cargas elevadas em obras de vulto, pode ser utilizado esse tipo de estaqueamento. Trata-se, em suma, de estacas de secção retangular derivadas de um ou mais painéis de parede diafragma. Elas são utilizadas como elementos importantes de fundações em substituição às estacas de grande diâmetro. ESTACA FRANKI Ela é executada a partir da cravação de um tubo por meio de sucessivos golpes de pilão em uma bucha seca de pedra e areia aderida ao tubo. Ao se atingir a cota de apoio, tem início uma série de procedimentos: Expulsão da bucha. Execução de base alargada. Instalação da armadura. Execução do fuste de concreto apiloado com a simultânea retirada do revestimento. ESTACA RAIZ Ela é uma estaca argamassada in loco e de elevada tensão de trabalho do fuste. Caracteriza- se principalmente por ser executada com o emprego de revestimento, o que lhe permite atingir grandes comprimentos em rocha ou em solo. TUBULÕES Segundo Guimarães e Peter (2018), os tubulões a céu aberto são aqueles em que a concretagem de um poço ocorre a céu aberto, ou seja, o tubulão deve ser executado acima do lençol freático em solos resistentes e coesivos para garantir sua estabilidade e o não desmoronamento. Sua escavação pode ser manual ou mecânica. Imagem: extraída de Guimarães e Peter, 2018, p. 86. Tubulão a céu aberto. Já o tubulão a ar comprimido pode ser de aço ou de concreto. É necessário haver um processo de compressão e descompressão dos equipamentos. Imagem: extraída de Guimarães e Peter, 2018, p. 86. Tubulão a ar comprimido. VERIFICANDO O APRENDIZADO 1. DAS FUNDAÇÕES DESCRITAS ABAIXO COM SUAS RESPECTIVAS CARACTERÍSTICAS, QUAL TIPO NÃO PODE SER ENTENDIDO COMO UMA FUNDAÇÃO INDIRETA? A) A hélice contínua é uma fundação de concreto moldada in loco e executada graças a um traço contínuo. A injeção de concreto, realizada por intermédio da haste central do trado, é feita simultaneamente à sua retirada do terreno. B) O radier é um elemento de fundação que pode ser definido como aquele que abrange parte ou todos os pilares de uma edificação. C) O barrete é uma fundação de seção retangular que se divide em um ou mais painéis de parede diafragma. D) Os tubulões a céu aberto podem ser entendidos como o elemento de fundação em que a concretagem de um poço é a céu aberto, ou seja, o tubulão tem de ser executado acima do lençol freático em solos resistentes e coesivos. E) A fundação denominada raiz consiste em uma fundação argamassada in loco e de elevada tensão de trabalho do fuste. Caracteriza-se principalmente por ser executada com o emprego de revestimento, o que lhe permite atingir grandes comprimentos em rocha ou em solo. 2. AS FUNDAÇÕES PROFUNDAS SÃO NECESSÁRIAS EM ALGUMAS SITUAÇÕES ESPECÍFICAS. TODAS AS ALTERNATIVAS A SEGUIR APRESENTAM ESSAS SITUAÇÕES, EXCETO: A) O solo próximo à superfície não tem capacidade de carga suficiente para suportar as cargas estruturais de fundação. B) O recalque estimado do solo excede os limites admissíveis. C) As cargas estruturais consistem em cargas laterais e/ou forças de levantamento. D) As escavações para construir a fundação ultrapassam em 2 vezes a menor dimensão dela e são menores que 3 metros. E) Os esforços são transmitidos ao terreno pela base (resistência de ponta) e/ou por sua superfície lateral (resistência de fuste). GABARITO 1. Das fundações descritas abaixo com suas respectivas características, qual tipo não pode ser entendido como uma fundação indireta? A alternativa "B " está correta. Todas as opções descrevem fundações profundas, exceto a letra B, que faz a descrição de um radier. Ele é uma fundação rasa (direta), ou seja, suas tensões são transmitidas nas camadas superficiais do solo. Isso é o oposto do que ocorre em fundações profundas. 2. As fundações profundas são necessárias em algumas situações específicas. Todas as alternativas a seguir apresentam essas situações, exceto: A alternativa "D " está correta. As fundações profundas são indicadas por norma para situações em que as escavações para construir a fundação ultrapassam em 2 vezes a menor dimensão dela e são maiores que 3 metros. MÓDULO 2 Definir as principais ações, as solicitações e a segurança necessárias para o dimensionamento de um projeto de fundações PRINCIPAIS AÇÕES E SOLICITAÇÕES APLICADAS EM UM PROJETO DE FUNDAÇÕES DIMENSIONAMENTO DE UM PROJETO DE FUNDAÇÕES Quando se estuda um projeto de fundações, deve-se avaliar diversos requisitos para fazer a composição do projeto, ou seja, elementos aos quais um projeto de fundações deve atender. Desse grupo de requisitos, Velloso e Lopes (2004) listam três situações que são consideradas como requisitos básicos para um projeto de fundações: Deformações aceitáveis sob as condições de trabalho. Segurança adequada ao colapso do solo de fundação (estabilidade "externa”). Segurança adequada ao colapso dos elementos estruturais (estabilidade "interna"). RESULTADOS DE UM PROJETO DE FUNDAÇÕES DEFICIENTE Os dois autores ilustram que, como consequência do não atendimento de tais requisitos, estes fenômenos ilustrados a seguir podem ocorrer: Deformações excessivas Nessa situação, pode-se verificar uma falha no solo por conta do excesso de sobrecarga. Trata-se de situações de recalques no solo devido à sua baixa capacidade de carga. No entanto, como especifica o requisito, elas são deformações aceitáveis sob tais condições de trabalho. Esses recalques, portanto, não provocaram a ruptura da estrutura. Colapso do solo Essa figura demonstra a falha/colapso do solo de fundação. Esse solo, então, não suporta os carregamentos externos que lhe são impostos e entra em colapso – nesse caso, um colapso global. Tombamento e deslizamento Tombamento e deslizamento são situações provocadas pelo solo. Não no quesito do colapso dele, e sim pelo fato de o elemento não o suportar e deslocar. Colapso estrutural Por fim, aqui vemos um colapso da estrutura, ou seja, do elemento de fundação. AÇÕES E SOLICITAÇÕES DE UM PROJETO DE FUNDAÇÕES Para a determinação de um projeto de fundações, é necessário entender que ações e solicitações podem influenciá-lo. Segundo a revisão feita na ABNT NBR 6122 em 2019, as ações nas fundações podem ser divididas em oito tipos: Ações provenientes da superestrutura Ações decorrentes do terreno Ações decorrentes da água superficial e subterrânea Ações variáveis especiais Análise de interação fundação-estrutura Peso próprio das fundações Alívio de cargas devido a vigas alavanca Atrito negativo Para delimitar os esforços atuantes na fundação, é preciso, em primeiro lugar, determinaras ações e suas combinações conforme as orientações da ABNT NBR 8681. Para tais cálculos, o projetista da estrutura precisa disponibilizar o conjunto de: Esforços para a verificação dos estados limites últimos (ELU) Ações para a verificação dos estados limites de serviço (ELS) ATENÇÃO Os valores dos esforços devem ser fornecidos em valores de cálculo, ou seja, já majorados pelos coeficientes de combinação e de ponderação determinados pela ABNT NBR 8681. No processo de desenvolvimento do projeto de fundações, os cálculos precisam ser desenvolvidos com o emprego do fator de segurança global. Nesse caso, devem ser fornecidos ao projetista estrutural os valores dos coeficientes pelos quais as solicitações de cálculo têm de ser divididas em cada caso para reduzi-las às solicitações características. Os esforços devem ser fornecidos em um destes dois níveis: Nível do topo das fundações No caso de edifícios, o topo dos baldrames; no de pontes, o topo dos blocos ou das sapatas. Nível da interface entre os projetos (superestrutura e fundações/infraestrutura) Esse nível tem de ficar bem caracterizado. CLASSIFICAÇÃO DAS AÇÕES Ela precisa ocorrer conforme sua variabilidade no tempo. Esse fato é previsto pela ABNT NBR 8681, que classifica tais ações em três grupos: AÇÕES PERMANENTES Peso próprio Sobrecarga permanente Epuxos javascript:void(0) AÇÕES VARIÁVEIS Sobrecargas variáveis Impactos Ventos AÇÕES EXCEPCIONAIS Explosões Choques de veículos Incêndios Enchentes Sismos excepcionais ESTADOS LIMITES Segundo as orientações impostas pelas normas NBR 6122:2019 e NBR 8681:2003, existem os critérios para realizar as combinações dessas ações na verificação dos estados limites de uma estrutura. Esses estados se dividem em dois grupos: ESTADOS LIMITES ÚLTIMOS ESTADOS LIMITES DE SERVIÇO ESTADOS LIMITES ÚLTIMOS javascript:void(0) javascript:void(0) Associados ao colapso parcial ou total da obra, ou seja, à perda de equilíbrio global ou parcial, admitindo-se a estrutura como um corpo rígido. ESTADOS LIMITES DE SERVIÇO Associados às deformações, às fissuras e às vibrações que comprometem o uso da obra. São considerados, em suma, danos ligeiros ou localizados que comprometem o aspecto estético da construção ou a durabilidade da estrutura. VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇA No processo de verificação da segurança das fundações, deve ser utilizado um destes dois valores: Valores característicos, além do fator de segurança global. Valores de cálculo obtidos a partir da aplicação de coeficientes de ponderação aos valores característicos. Os valores característicos são definidos pela norma de fundações de acordo com o tipo de fundação. Há, desse modo, os coeficientes de ponderação de segurança de fundação rasa (direta ou superficial) e aqueles que devem ser utilizados para as fundações profundas. A NBR 6122:2019 aponta que a segurança da fundação rasa (direta ou superficial) pode ser feita utilizando como base os valores característicos e o fator de segurança global tabelados na norma: Métodos para determinação da resistência última Coeficiente de ponderação da resistência última Fator de segurança global FSg γcmγ c m Semiempíricosa Valores propostos no próprio processo e, no mínimo, 2,15. Valores propostos no próprio processo e, no mínimo, 3,00. Analíticosb 2,15 3,00 Semiempíricosa ou analíticosb acrescidos de duas ou mais provas de carga necessariamente executadas na fase de projeto (conforme item 7.3.1). 1,40 2,00 a Atendendo ao domínio de validade para o terreno local. b Sem a aplicação de coeficientes de ponderação aos parâmetros de resistência do terreno. c Em todas as situações de , , (majoração) para o esforço atuante se estiver disponível apenas seu valor característico; se já estiver fornecido o valor de cálculo, nenhum coeficiente de ponderação deverá ser aplicado a ele. γm γm = 1, 4γm γf = 1, 4 Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal Tabela 1: Fundações rasas – fatores de segurança e coeficientes de ponderação para solicitações de compressão. Extraído da Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2019a, p. 17. ATENÇÃO Os coeficientes de ponderação ainda precisam ser utilizados para realizar tanto a verificação de tração quanto o deslizamento e o tombamento nos elementos de fundação superficial. A norma sugere os seguintes índices: (minoração) para a parcela favorável do peso. (minoração) para a resistência do solo. (majoração) para o esforço atuante se estiver disponível apenas seu valor característico; se já houver sido fornecido o valor de cálculo, nenhum coeficiente de ponderação deverá ser aplicado a ele. Para a análise da segurança das fundações profundas, existem métodos semiempíricos que permitem o cálculo da resistência. O fator de segurança global a ser utilizado para a determinação da carga admissível deve ser 2,0. Já para o cálculo da força resistente de cálculo, o ponderador tem de ser 1,4. Há um detalhe importante: Quando forem reconhecidas regiões representativas e utilizados resultados de ensaios de campo nessas regiões, a determinação da resistência característica das estacas por métodos semiempíricos poderá basear-se nesta equação: γm = 1, 2 γm = 1, 4 γf = 1, 4 (Rk) Eq. (1) Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Em que: a resistência característica. é a resistência determinada com base em valores médios dos resultados dos ensaios de campo. é a resistência determinada com base em valores mínimos dos resultados dos ensaios de campo. e são os fatores de minoração da resistência especificados na tabela 2 da NBR 6122:2019. Rk = mín[ ; ] (Rse)méd ξ1 (Rse)mín ξ2 Rk (Rse)méd (Rse)min ξ1 ξ2 Tabela 2: Valores dos fatores e Extraída da NBR 6122:2019 Cabe ressaltar que, quando for utilizado o método de valores admissíveis, a carga admissível deverá ser calculada por esta equação: , COM Eq. (2) Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Já quando for utilizado o método de valores de cálculo, a força resistente de cálculo terá de empregar a equação 3: , COM Eq. (3) ξ1 ξ2 Padm = Rk/FSg FSg = 1, 4 Rd = Rk/γm γm = 1, 0 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Por fim, existe ainda a ELS em relação ao solo de fundação ou ao elemento estrutural de fundação. Para situações aceitáveis, os valores devem obedecer à seguinte equação: Eq. (4) Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Em que: é o valor característico do efeito das ações (por exemplo, recalque estimado). Esse efeito é calculado tendo em consideração os parâmetros geotécnicos característicos e as ações características. é o valor limite de serviço (admissível) do efeito das ações (por exemplo, recalque aceitável). SAIBA MAIS A ABNT NBR 6122:2019 dispõe sobre os valores limites dos deslocamentos das fundações. Nesse quesito, é preciso, dentro dos limites de serviço, avaliar os recalques e os levantamentos excessivos decorrentes, por exemplo, de expansão do solo e/ou de vibrações inaceitáveis. Ek ≤ C Ek C MÉTODO DA TENSÃO ADMISSÍVEL PARA SATISFAZER AO ELU Um dos elementos necessários para a confecção de um projeto de fundações é o cálculo da determinada tensão admissível. Essa tensão pode ser calculada a partir de uma carga última dividida por um fator de segurança (FS). Budhu (2013, p. 169) apresenta uma tabela com os valores típicos para essa FS: Fundação/obras de terra Fator de segurança Fundações – capacidade de carga 2,0 a 3,0 (normalmente 3,0) Muros de contenção 1,5 a 2,0 Obras de terra 1,3 a 1,5 Percolação – levantamento 1,5 a 2,0 Estaqueamento 2,0 a 3,0 Taludes 1,25 a 1,75 Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal Tabela 2: Valores típicos do fator de segurança. Extraída de Budhu, 2013, p. 169. VERIFICANDO O APRENDIZADO 1.INDIQUE A ALTERNATIVA QUE PREENCHA CORRETAMENTE AS LACUNAS DA AFIRMATIVA A SEGUIR: CONFORME ORIENTAÇÕES IMPOSTAS PELAS NORMAS NBR 6122:2019 E NBR 8681:2003, EXISTEM OS CRITÉRIOS PARA REALIZAR AS COMBINAÇÕES DESSAS _____________ NA VERIFICAÇÃO DOS ESTADOS LIMITES DE UMA ESTRUTURA. ESSES ESTADOS SE DIVIDEM EM DOIS GRUPOS. OS ESTADOS LIMITES _____________ SÃO AQUELES ASSOCIADOS AO COLAPSO PARCIAL OU TOTAL DA OBRA, OU SEJA, À PERDA DE EQUILÍBRIO GLOBAL OU PARCIAL, ADMITINDO-SE A ESTRUTURA COMO UM CORPO ___________. JÁ OS ESTADOS LIMITES DE ______________ SÃO AQUELES ASSOCIADOS A DEFORMAÇÕES, FISSURAS E VIBRAÇÕES. A) Ações, últimos, rígido, serviço. B) Forças, últimos, rígido, mistos. C) Ações, últimos, flexível, serviço. D) Ações, serviço, rígido, últimos. E) Forças, últimos, flexível, serviço. 2. A CLASSIFICAÇÃO DAS AÇÕES PRECISA OCORRER CONFORME SUA VARIABILIDADE NO TEMPO. ESSE FATO É PREVISTO PELA ABNT NBR 8681. AS ALTERNATIVAS ABAIXO EXEMPLIFICAM ESSAS AÇÕES COM SEUS RESPECTIVOS EXEMPLOS, EXCETO: Ações permanentes: Peso próprio Ações variáveis: Sobrecargas variáveis Ações excepcionais: Explosões Ações permanentes: Empuxos Ações variáveis: Sobrecargas variáveis Ações excepcionais: Explosões Ações permanentes: Peso próprio Ações variáveis: Impacto Ações excepcionais: Choques de veículos Ações permanentes: Peso próprio Ações variáveis: Vento Ações excepcionais: Incêndios Ações permanentes: Empuxos Ações variáveis: Enchentes Ações excepcionais: Incêndios MÓDULO 3 Interpretar o processo de investigação do subsolo, bem como os ensaios e as provas de carga INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO INTRODUÇÃO À INVESTIGAÇÃO DE GEOTÉCNICA Já dizia Terzaghi (1883-1963), considerado o pai da mecânica dos solos: A SONDAGEM MAIS CARA É AQUELA QUE NÃO FOI FEITA. De acordo com essa afirmação, pode-se entender quão necessária e importante é a investigação do subsolo para a confecção de projetos de engenharia e sua execução em obras civis. Diante disso, este módulo tem como objetivo apresentar a importância do processo de investigação de subsolo, bem como os principais processos que existem, apontando suas vantagens e desvantagens e os resultados gerados para efeitos de projeto. O solo é um material altamente heterogêneo, podendo ser composto de várias camadas de materiais distintos. É fundamental, portanto, conhecer suas camadas antes de elaborar quaisquer projetos de engenharia civil. Há vários tipos de solo. Cada um conta com suas respectivas propriedades físicas, químicas e compacidade relativa. O conjunto dessas propriedades o caracteriza e promove tais características, fazendo com que ele possa ser identificado como um solo resistente (ou não). ATENÇÃO Outro fator muito importante durante o processo de investigação de subsolo – e que influencia diretamente nos projetos de engenharia – é a posição do nível d’água. De maneira geral, pode-se dizer que a investigação do subsolo objetiva buscar um conjunto de fatores que funciona como a base para o projetista elaborar um projeto de fundações com as melhores especificações técnicas e o mais seguro possível. Objetivos da sondagem. INVESTIGAÇÃO DE SUBSOLO ETAPAS Para que uma sondagem ofereça todo esse conjunto de informações, é necessário haver a definição de um programa de investigação. Esse programa, por sua vez, define: As etapas às quais tal investigação precisa obedecer. Os objetivos a serem alcançados. As informações que consequentemente devem ser geradas. Em geral, as etapas de investigação do subsolo são divididas em três: INVESTIGAÇÃO PRELIMINAR Ela busca conhecer as principais características do subsolo. Trata-se de uma etapa de reconhecimento – também descrita por alguns autores como uma “investigação de escritório”. Nessa etapa, buscam-se os dados publicados em órgãos. Listaremos alguns dados e órgãos a seguir: Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) Empresa Brasileira de Agropecuária (Embrapa) Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM) Topografia, hidrologia, geologia, potencialidade sísmica, vegetação e construções existentes INVESTIGAÇÃO EXPLORATÓRIA Busca-se identificar nela a natureza do solo. Exemplo Geologia, aterros, escavações, inundações e exploração mineral. Além disso, sondagens à percussão são executadas na investigação exploratória com o objetivo de obter dados para a emissão do relatório de sondagem. Esse relatório precisa conter: Profundidade, espessura e composição de cada estrato. Profundidade do nível d’água. Em casos especiais, pode-se solicitar certas propriedades de engenharia obtidas a partir de ensaios laboratoriais. Exemplo Resistência, compressibilidade, expansão e permeabilidade do solo. INVESTIGAÇÃO COMPLEMENTAR Na fase de investigação complementar ou de projeto, o objetivo é analisar os relatórios de sondagem emitidos a fim de, com isso, orientar a escolha do tipo de fundação ideal para o projeto em questão. CLASSIFICAÇÃO DAS OBRAS Todas essas fases são influenciadas diretamente em função do tipo de obra a ser executada. Do ponto de vista da investigação geotécnica, as obras podem ser agrupadas em três grupos: OBRAS DE FUNDAÇÕES DE ESTRUTURAS Prédios. Barragens de concreto. Muros de arrimo. Condutos enterrados. Cortinas. Escoramentos. Túneis. A interação solo-estrutura é básica. OBRAS DE TERRA javascript:void(0) javascript:void(0) Aterros em geral. Pavimentos rodoviários, ferroviários e de aeroportos. Barragens. Enrocamentos. Os materiais da própria obra interferem de forma significativa na interação da estrutura com o solo de fundação. TALUDES NATURAIS Encostas. Taludes de corte de estradas, canais. A influência das condições naturais e suas variações ao longo do tempo são fundamentais. Identificar o tipo de obra influencia diretamente no grau e no detalhamento de investigação do subsolo que deve ser feito para efeito de projeto. No caso das edificações, a preocupação com a investigação geotécnica tem de surgir quando se planeja a aquisição do terreno. Não são raros os casos nos quais os custos com as fundações inviabilizam financeiramente o empreendimento. Dessa forma, a investigação geotécnica terá de ser entendida como fator fundamental da etapa dos projetos de engenharia. Em função do empreendimento e/ou da complexidade de uma obra, será adotado o procedimento mais adequado para tal investigação. ENSAIOS DE CAMPO javascript:void(0) As informações adequadas das condições do subsolo são um fator muito importante para a análise das condições que podem influenciar o projeto e a construção de obras em geral, principalmente as geotécnicas. Por isso, pode-se afirmar que a investigação da área do subsolo local deve ser uma parte dos elementos que compõem o projeto. ATENÇÃO Ao contrário dos que muitos fazem, a investigação geotécnica não pode ser sacrificada. Mesmo que ela possua um custo inicial com o qual muitos não querem arcar, tais dados podem evitar problemas futuros. No que tange à investigação geotécnica, muito se ouve falar do ensaio de penetração padrão. Popularmente chamado de SPT (ou sondagem simples), tal ensaio é regido pela ABNT NBR 6484. Porém, além do SPT – o mais utilizado e um dos mais simples tecnicamente falando –, muitos outros ensaios podem fornecer os dados necessários para a análise do solo e complementar aqueles encontrados no ensaio de penetração padrão. Dos ensaios de campo mais empregados no processo de investigação geotécnica, podem ser relacionados os seguintes: javascript:void(0) Ensaio de penetração dos solos ou de simples reconhecimento do solo – NBR 6484:2020. Ensaio de penetração com cone – NBR 12069:1991 (cancelada). Ensaio de palheta – NBR 10905:1989 (confirmada em 2018). Ensaio pressiométrico de Menard (PMT). Ensaio com dilatômetro de Marchetti (DMT). Ensaio com carregamento de placa (prova de carga) – NBR 6489. Ensaios geofísicos (sísmica, resistividade e GPR). Ensaio de penetração padrão complementado com medida de torqueSPT-T. ABNT NBR 6484 Revisada em 2020, ela dispõe sobre o solo, a sondagem de simples reconhecimento com SPT e o método de ensaio. ENSAIOS DESTRUTIVOS Visualmente, esses ensaios podem ser diferenciados na imagem a seguir. Verifica-se nela as distinções entre os equipamentos e a forma como os gráficos são gerados: Ensaios de campo. Tais ensaios podem ser classificados como destrutivos, pois eles consistem na investigação do subsolo a partir de equipamentos que necessitam da retirada de amostras a fim de obter as suas características e/ou interferem nas condições naturais do solo. ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS Ainda existem aqueles definidos como não destrutivos. Tais ensaios – popularmente conhecidos como mapeamentos da superfície que utilizam métodos geofísicos – se caracterizam por não influenciarem nas condições naturais do solo com o propósito de obter suas características. Dos métodos geofísicos mais difundidos, destacam-se: Radar de penetração do solo (GPR). Levantamentos sísmicos. Levantamentos eletromagnéticos (EMS). ENSAIO DE PENETRAÇÃO DOS SOLOS (SPT) Conforme apontamos, o ensaio de penetração dos solos – popularmente conhecido como SPT – é um dos ensaios de investigação geotécnica mais difundidos no mundo e no Brasil. Por conta disso, daremos ênfase a seu processo executivo, apontando as vantagens e as desvantagens dele. Em seguida, ofereceremos um exemplo prático de um relatório de sondagem. Segundo Schnaid e Odebrecht (2012), a normalização do ensaio SPT começou a ser estruturada em 1958 pela American Society for Testing and Materials (ASTM). Atualmente, além das diversas normas nacionais, um padrão internacional é adotado como referência: o International Reference Test Procedure (IRTP). O SPT é um processo de sondagem padronizado internacionalmente. Seus resultados, assim, podem ser interpretados por todos que conhecem o método. A norma brasileira que regulamenta o método SPT é a ABNT NBR 6484. Contudo, cabe ressalvar que, durante o processo de aplicação dessa norma, diversas outras são utilizadas em conjunto. As mais comuns são: NBR 8036:1983: programação de sondagens de simples reconhecimento do solo para fundações de edifícios – procedimento (confirmada em 2018). NBR 6502:1995: rochas e solos (norma em revisão em 2021). NBR 9603:2015: sondagem a trado – procedimento (confirmada em 2019). NBR 9820:1997: coleta de amostras indeformadas de solos de baixa consistência em furos de sondagem – procedimento (confirmada em 2018). NBR 15492:2007: sondagem de reconhecimento para fins de qualidade ambiental – procedimento (confirmada em 2017). Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal De modo geral, entende-se o ensaio de SPT como um método que fornece uma medida de resistência dinâmica a cada metro e retira uma amostra do solo conjugada a uma sondagem de simples reconhecimento. Em solos granulares, ele serve como um indicativo da densidade. Já no caso dos coesivos, o SPT funciona como um indício de consistência. Segundo a própria NBR 6484:2020, dois sistemas de ensaio são apresentados para a definição desses resultados: o manual e o mecanizado. Não necessariamente serão fornecidos para ambos os mesmos resultados do índice de resistência. EQUIPAMENTOS Os componentes do equipamento de um sistema de sondagem SPT são bem simples. Em geral, eles são compostos basicamente por seis partes distintas: Amostrador Hastes Martelo Torre ou tripé de sondagem Cabeça de bater Conjunto de perfuração Esses componentes podem ser mais detalhados segundo as especificações da própria NBR 6484:2020: LISTA DE MATERIAL (NBR 6484:2020) Torre com roldana, moitão e corda Tubos de revestimento Hastes de perfuração/cravação Trado-concha ou cavadeira manual Trado helicoidal Trépano/peça de lavagem Amostrador-padrão Cabeça de bater Martelo padronizado Baldinho para esgotar o furo Medidor de nível de água Metro de balcão ou trena Recipientes para amostras Bomba d'água centrífuga motorizada Caixa d'água ou tambor com divisória interna para decantação Ferramentas gerais necessárias para a operação Equipamentos do SPT. Todos os equipamentos utilizados no ensaio SPT são normatizados pela NBR 6484. Ela identifica quais devem ser as características dos materiais, assim como suas dimensões, seu peso etc. Os equipamentos principais, além de suas características, estão listados a seguir: AMOSTRADOR-PADRÃO Amostrador-padrão “Raymond”. Conhecido como amostrador de “Raymond”, ele é dividido em três partes distintas: Cabeça Corpo Sapata Seu diâmetro externo deve ser de (50,8 ± 2)mm; o interno, de (34,9 ± 2)mm. A cabeça precisa possuir dois orifícios laterais para a saída de água e ar, além de conter em seu interior uma válvula constituída por uma esfera de aço recoberta de material inoxidável. O corpo normalmente é formado por um tubo bipartido, que deve ser perfeitamente retilíneo e estar isento de qualquer deformação capaz de alterar a seção. A sapata, que é a ponta do amostrador através da qual o solo entra, tem de ser de aço temperado e estar isenta de trincas. Amostrador SPT bipartido. HASTES As hastes de perfuração e cravação do amostrador-padrão devem ser constituídas de aço com um diâmetro nominal interno de 25mm (Dext. = 33,4mm ± 2,5mm; Dint. = 24,3mm ± 2,5mm) e uma massa teórica de 3,23kg/m. Acopladas por roscas e luvas em bom estado devidamente atarraxadas, elas formam um conjunto retilíneo em segmentos de 1.000mm (± 10mm) e/ou 2.000mm (± 10mm). MARTELO Segundo características técnicas da norma, o martelo padronizado tem de possuir uma massa de ferro de forma prismática ou cilíndrica. Deve ser encaixado na parte inferior um coxim de madeira dura que funcione como um amortecedor a fim de não quebrar o peso. Esse martelo ainda pode ser de vários modelos, sendo, em geral, maciço ou vazado. Se for maciço, ele precisará possuir uma “haste-guia” de 1,20m de comprimento fixada em sua face inferior que siga o mesmo eixo de simetria longitudinal a fim de, desse modo, garantir a centralização do impacto na queda. Já no vazado deve haver um furo central de 44mm de diâmetro. ATENÇÃO Independentemente do modelo, o conjunto total do equipamento precisa ter uma massa total de 65kg. A figura a seguir apresenta uma relação de vários tipos de martelo apresentados na literatura: Tipos de martelo. TRADOS Os trados podem ser de vários tipos. Veremos os mais comuns a seguir: Trado-concha (ou cavadeira) O mais comum é o trado-concha (ou cavadeira manual), cujo diâmetro deve ser compatível com o tubo de revestimento. Trado espiral (ou trépano/peça de lavagem) O trépano/peça de lavagem é o trado utilizado em situações de nível d’água ou solo mole. O trépano deve ser constituído por uma peça de aço com largura mínima de (62 ± 5)mm e diâmetro nominal de 25mm, sendo terminada em bisel e dotada de duas saídas laterais para água. Trado helicoidal O trado helicoidal precisa apresentar uma diferença entre o diâmetro do trado helicoidal (diâmetro mínimo de 56mm) e o diâmetro interno do tubo de revestimento. Tal diferença tem de estar compreendida entre 5mm e 7mm a fim de permitir sua operação dentro desse tubo e para que, como consequência disso, o amostrador-padrão possa descer livremente dentro da perfuração. LOCAÇÃO E NÚMERO DE FUROS LOCAÇÃO DOS FUROS Um dos processos importantes que antecede o procedimento da sondagem é a locação dos furos de sondagem no terreno. Essa locação em planta deve ser fornecida pelo contratante. Nessa planta, deve ser identificado o referencial de nível (RN) com uma cota preferencialmente georreferenciada a ser adotada para o nivelamento dos pontos de sondagem: Locação dos furos. No caso de ausência de dados sobre a referência de nível, deve-se adotar um RN arbitrário, fora do perímetro da obra (guia, calçada etc.). Em sua locação, cada sondagem precisa ser marcada com a cravação de um piquete de material apropriado.Esse piquete deve ter gravada a identificação do ponto de sondagem e estar suficientemente cravado no solo, servindo de referência de nível para a execução da sondagem e a posterior determinação de cota por meio de um nivelamento topográfico. Confirmada em 2018, a ABNT NBR 8036:1983 postula que o número de sondagens e sua localização em planta dependem de: Tipo da estrutura a ser construída Características especiais da edificação Condições geotécnicas do subsolo Dessa forma, o número de sondagens tem de ser o suficiente para fornecer o melhor quadro possível da provável variação das camadas do subsolo do local em estudo. Diante disso, deve- se dar atenção à locação dos furos para que eles não fiquem alinhados: Locação dos furos – desalinhamento. NÚMERO MÍNIMO DE FUROS Em relação à quantidade de furos, a ABNT NBR 8036:1983 prevê uma quantidade mínima de perfurações. Cabe ao projetista, portanto, decidir se precisa ou não de mais furos de sondagem. Segundo essa norma, o número mínimo de furos para as projeções de área em planta da edificação se divide em: Dois para área de projeção em planta de edifício de até 200m². Três para área entre 200 e 400m². Um para cada 200m² (ou fração) em área de 400m² até 1.200m². Seis sondagens + 1 para cada 400m² (ou fração) que exceder 1.200m² para áreas de 1.200m² até 2.400m². Para áreas acima de 2.400m², não existe uma orientação. Já em uma obra sem projeto de implantação (estudo preliminar), há a distância máxima de sondagens de 100m e um número mínimo de três sondagens. PROFUNDIDADE A profundidade a ser explorada por sondagens de simples reconhecimento ocorre, para efeito do projeto geotécnico, em função de: Tipo de edifício. Características particulares de sua estrutura e de suas dimensões em planta. Forma da área carregada. Condições geotécnicas e topográficas locais. Como um guia para a estimativa da profundidade segundo tal critério, pode ser usado o gráfico da figura a seguir (proposto pela ABNT NBR 8036:1983): Gráfico para estimativa da profundidade. Extraído de ABNT NBR 8036:1983 Em que: q = Pressão média sobre o terreno (peso do edifício dividido pela área em planta). γ = Peso específico médio estimado para os solos ao longo da profundidade em questão. M = 0,1 = coeficiente decorrente do critério definido no item 4.1.2.2 da NBR 8036:1983. B = Menor dimensão do retângulo circunscrito à planta da edificação. L = Maior dimensão do retângulo circunscrito à planta dela. D = Profundidade da sondagem. ATENÇÃO Nas situações em que a edificação for composta em planta por vários corpos, o critério anterior se aplicará a cada elemento dela. PROCEDIMENTOS DO ENSAIO SPT O procedimento da sondagem começa com uma escavação inicial feita com a utilização do trado-concha ou da cavadeira manual até atingir a profundidade de 1m. A partir desse ponto, segue o ensaio com a utilização dos equipamentos que o compõem: Equipamento para o Ensaio SPT. Apoia-se a sapata com ponta cortante no fundo do furo, sendo realizadas marcações de 15 centímetros na haste. Elas se repetem por três vezes, o que totaliza uma marcação total de 45cm. Em seguida, deve-se apoiar cuidadosamente o martelo e registrar o avanço estático. A partir daí, iniciam-se os procedimentos padronizados: o peso padrão é lançado sobre o amostrador; após isso, é contada a quantidade de golpes necessários para cravá-lo a uma profundidade total de 45 centímetros. A contagem é do número de golpes é feita de forma intermediária para cada 15 centímetros. Somente interessa como resultado o número dos últimos 30 centímetros perfurado: tal valor recebe o nome de . Nspt Procedimento de cravação do amostrador. ATENÇÃO A partir de 1 metro de profundidade, devem ser colhidas a cada metro de perfuração as amostras dos solos por meio do amostrador-padrão com a execução de SPT. Essas amostras têm de ser guardadas em recipientes lacrados (para manter a umidade do material) e identificados em relação à profundidade da qual foram retirados. Amostras de solo do ensaio SPT. A operação de perfuração por circulação de água é realizada mediante o emprego do trépano/peça de lavagem. O material escavado é removido por meio de circulação de água, que é realizada pela bomba d’água motorizada graças à composição de perfuração. ATENÇÃO A estabilidade da parede do furo deve ser avaliada. Se ela for instável, ele terá de ser revestido. Nas fundações profundas em solos instáveis, pode-se utilizar a lama bentonítica no lugar do revestimento. CRITÉRIOS DE PARADA Segundo a NBR 6484:2020, a cravação do amostrador-padrão deverá ser interrompida antes dos 45cm de penetração sempre que ocorrer uma das seguintes situações: Se, em qualquer 1 dos 3 segmentos de 15cm, o número de golpes ultrapassar 30. Se o amostrador-padrão não avançar durante a aplicação de cinco golpes sucessivos do martelo. Em geral, o critério de paralisação da sondagem é de responsabilidade técnica da contratante ou de seu preposto, devendo ser definido conforme as necessidades específicas do projeto. Caso o fornecimento do critério de paralisação por parte de ambos inexista, as sondagens terão de avançar até que 1 dos 3 critérios dispostos a seguir seja atingido em relação ao avanço da sondagem até a profundidade: 10M DE RESULTADOS Obtenção de 10m de resultados consecutivos indicando iguais ou superiores a 25 golpes. 8M DE RESULTADOS Obtenção de 8m de resultados consecutivos indicando iguais ou superiores a 30 golpes. 6M DE RESULTADOS Obtenção de 6m de resultados consecutivos indicando iguais ou superiores a 35 golpes. Já para as situações em que a cravação é feita com a utilização do trépano, o solo é caracterizado como impenetrável quando há um destes casos: O ensaio de perfuração por lavagem deve ter duração de 30 minutos, anotando o avanço a cada 10 minutos. A sondagem precisará ser dada por encerrada quando, no ensaio de avanço da perfuração por circulação de água, forem obtidos avanços inferiores a 50mm em cada período de 10 minutos. ATENÇÃO N N N javascript:void(0) javascript:void(0) javascript:void(0) Se ocorrerem casos assim, a designação de impenetrável ao trépano/peça de lavagem terá de constar no relatório. RESULTADOS A apresentação dos resultados é feita utilizando o denominado relatório de sondagem. Esse relatório busca informar todas as características do solo obtidas a partir do ensaio SPT. Nesse contexto, ele apresenta um cabeçalho no qual constam informações acerca de: Cliente Obra Local Responsável pelo relatório Cabeçalho – relatório de sondagem. Abaixo do cabeçalho, as características do furo analisado são identificadas. São referenciadas nessa figura algumas informações como cotas, índice de resistência à penetração do solo ( ), furo, cor do solo, compacidade, tipo de solo e nível d’água. Nspt Relatório de sondagem. Para a apresentação dos resultados no relatório – e, em específico, das penetrações –, a norma 6484:2020 fornece algumas orientações sobre de que forma se deve demonstrá-los: Penetração Registro dos golpes Exemplo Penetração de 45cm. Três trechos iguais a 15cm. Golpes por trecho. 3/15 – 3/15 – 4/15 Penetração diferente de 45cm. Trechos diferentes de 15cm. Número de golpes para uma penetração imediatamente superior a 15cm. 3/17 – 4/14 – 5/15 Penetração superior a 45cm com a aplicação do primeiro golpe de martelo. Número de golpes e respectiva penetração. 1/58 Penetração com haste e amostrador sem número de golpes. Sem número de golpes. PH/50 Penetração com martelo, haste e amostrador e sem número de golpes. Sem número de golpes. PM/70 Penetração superior a 45cm com a aplicação de poucos golpes do martelo. Número de golpes e respectiva penetração nos respectivos intervalos. 1/33 – 1/20 Penetração inferior a 45cm se, em qualquer um dos três segmentos, o número de golpes ultrapassar 30. Número de golpes para cada intervalo de penetração. 32/15 Se não for observadoavanço do amostrador durante a aplicação de cinco golpes sucessivos do martelo. Número de golpes para zero centímetros de penetração. 5/0 Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal Tabela 3: Apresentação das penetrações. Elaborada por Dayanne Severiano Meneguete. Para a classificação de compacidades e consistência do solo apresentadas no relatório de sondagem, é necessário haver o , que é obtido do ensaio de campo. Nspt VERIFICANDO O APRENDIZADO MÓDULO 4 Aplicar os procedimentos para a escolha do tipo de fundação CRITÉRIOS PARA A ESCOLHA DO TIPO DE FUNDAÇÃO CONSIDERAÇÕES INICIAIS Basicamente, os critérios para a escolha das fundações são três: Técnico Econômico Mercado O critério técnico deve garantir a segurança à ruptura e os recalques aceitáveis para a estrutura, além de evitar danos às edificações vizinhas. Esse critério é restritivo, pois elimina certos tipos de fundação. Já os critérios econômico e de mercado (disponibilidade de equipamentos e materiais, prazo etc.) são aplicados após a seleção das fundações tecnicamente viáveis. Desse modo, a escolha do tipo de fundação depende de vários fatores além daqueles elencados a seguir: Grandeza e magnitude das cargas Características da obra Natureza do subsolo Condições dos vizinhos (critério técnico) A disponibilidade de materiais e equipamentos, as restrições ambientais ou de legislação local, a distância de transporte e a experiência regional, além da metodologia ou da sequência executiva da obra, implicam a adoção de um tipo de solução de fundação. A escolha da solução mais adequada para determinada condição de projeto precisa ser norteada não só pelos fatores técnicos e econômicos, mas também pela experiência do projetista. ATENÇÃO Algumas situações mais complexas de solo e de carga podem gerar grandes dúvidas. Nesse caso, não se deve arriscar: o mais correto é contratar os serviços de um consultor de solo. Alguns autores e profissionais da área costumam trabalhar com uma espécie de roteiro, ou seja, um algoritmo para a escolha do tipo de fundação. Observe a sequência a seguir: TER EM MÃOS AS CARGAS A SEREM TRANSMITIDAS AO SOLO (projeto estrutural) TER EM MÃOS A SONDAGEM (investigação do subsolo) ESCOLHER O TIPO DE FUNDAÇÃO, SE DIRETA OU INDIRETA Observar que a fundação direta tem sempre um custo menor que o da indireta. SE A OPÇÃO FOR POR FUNDAÇÃO DIRETA Verificar se é mais indicado o uso de sapata isolada ou corrida. A isolada é usada para cargas concentradas pilares; a corrida, para aquelas distribuídas linearmente alvenarias. SE A FUNDAÇÃO FOR PROFUNDA Optar pela opção de menor custo normalmente é broca. Para usá-la, a carga do pilar não deve ultrapassar 40 tf. Além disso, o SPT deve ser de, no mínimo, 12, enquanto a profundidade não pode ser superior a 6 metros. PROCEDIMENTOS PARA UTILIZAR A FUNDAÇÃO SUPERFICIAL Para se optar por fundação direta rasa, ou seja, aquela cujas cargas da edificação (superestrutura) logo são transmitidas ao solo nas primeiras camadas, algumas verificações devem ser feitas: Avaliar a resistência à penetração do solo – ensaio de sondagem (SPT). Verificar a tensão admissível do solo. Avaliar a profundidade de assentamento da fundação. Analisar o recalque provocado pelas cargas. AVALIAR A RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO DO SOLO – ENSAIO DE SONDAGEM (SPT) A decisão pelo tipo de fundação requer o conhecimento do solo propiciado pela sondagem. ATENÇÃO Para efeitos práticos, consideraremos técnica e economicamente adequado o uso da fundação direta quando o número de golpes do SPT for maior ou igual a 8 e quando sua profundidade não ultrapassar os 2 metros. A avaliação pela resistência à penetração do solo é uma análise direta que permite a verificação ainda em campo das condições iniciais do terreno. A fim de auxiliar nessa análise, o anexo A da NBR 6484:2020 possui um informativo cujos valores de sondagem classificam a consistência/compacidade do solo: Solo Índice de resistência à penetração N Designação a Areias e siltes arenosos ≤ 4 Fofa(o) 5 a 8 Pouco compacta(o) 9 a 18 Medianamente compacta(o) 19 a 40 Compacta(o) > 40 Muito compacta(o) Argilas e siltes argilosos ≤ 2 Muito mole 3 a 5 Mole 6 a 10 Média(o) 11 a 19 Rija(o) 20 a 30 Muito rija(o) > 30 Dura(o) a As expressões empregadas para a designação da compacidade das areias (fofa, compacta etc.) são referências à deformabilidade e à resistência de tais solos sob o ponto de vista de fundações. Elas não podem ser confundidas com as mesmas denominações empregadas para a designação da compacidade relativa das areias nem com a situação perante o índice de vazios críticos (definidos na mecânica dos solos). Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal Tabela 4: Estado de compacidade e consistência. Elaborada por Dayanne Severiano Meneguete. Como podemos observar na tabela 4, a resistência à penetração de solo do tipo areias e siltes arenosos, possuem uma compacidade mediana, pois: Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal 9 ≤ Nspt ≤ 18 É por conta desse parâmetro que existe uma referência inicial de que, com , se pode optar pela fundação superficial. ATENÇÃO Isso é apenas um dos parâmetros que devem ser analisados para se optar por uma fundação superficial. Um solo dito como ruim para determinada edificação, o que a levaria a utilizar uma fundação profunda, pode não ser ruim para outra. Por isso, é importante analisar o conjunto de informações, e não apenas uma delas, principalmente no que tange à tensão admissível do solo. Logo nessas primeiras camadas, o solo precisa ter resistência suficiente para suportar as cargas. Deve-se tomar cuidado com bolsões de argila mole (muito comuns em regiões litorâneas). VERIFICAR A TENSÃO ADMISSÍVEL E A CARGA ÚLTIMA DO SOLO TENSÃO ADMISSÍVEL DO SOLO Há vários modos de relacionar os números do obtidos na sondagem a percussão com a resistência do solo. Segundo Rebello (2008), uma maneira bastante rápida e simples de correlacionar tais valores é a fórmula empírica apresentada nesta equação: Nspt ≥ 8 Nspt Eq. (5) Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Em que: é a tensão admissível à compressão do solo. representa o número de golpes para cravar os últimos 30 centímetros (ou SPT). COMPRESSÃO DO SOLO Denominada por alguns autores como “taxa do solo”. ATENÇÃO A relação acima não considera o tipo de solo. Isso pode ser considerado uma fragilidade do método, já que seu tipo, seja ele arenoso ou argiloso, influencia diretamente nos resultados da resistência à penetração do solo. Afinal, apesar de o SPT em uma areia ser maior que na argila, sua resistência pode ser menor devido ao atrito na penetração do amostrador. Normalmente, essa equação é utilizada em campo por ser simples e de fácil memorização. Existem na literatura outras fórmulas empíricas que levam em conta o tipo de solo, o que lhes confere um carácter mais preciso. Elas são por estas três equações: σadm = √N − 1( ) kgf cm2 σadm N javascript:void(0) ARGILA PURA: Eq. (6) Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal ARGILA SILTOSA: Eq. (7) Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal ARGILA ARENOSILTOSA: Eq. (8) Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Em que é o valor do SPT, enquanto todos os resultados fornecidos por essas fórmulas tem como unidade MPa (Mega Pascal). σadm = N 40 σadm = N 50 σadm = N 75 N Os valores da tensão admissível do solo podem ser confrontados com valores do : Tipo de solo Números de golpes (SPT) Taxa do solo (kgf/cm²) Areia e silte 0 a 4 5 a 8 9 a 18 19 a 40 0 a 1 1 a 2 2 a 3 ≥ 4 Argila 0 a 2 3 a 5 6 a 10 11 a 19 ≥ 19 0 a 0,25 0,5 a 1 1,5 a 3 3 a 4 ≥ 4 Atenção! Para visualização completada tabela utilize a rolagem horizontal Tabela 5: Taxa do solo. Extraída de Rebello, 2008, p. 33, adaptada por Dayanne Severiano Meneguete. A literatura ainda propõe várias equações que são utilizadas para estimar a capacidade de carga dos solos. Todas elas são direcionadas para o cálculo da capacidade de carga, porém é importante entender quais são as hipóteses e as considerações utilizadas na aplicação de cada uma. Cálculo da capacidade de carga última do solo A determinação da resistência do solo em função do SPT pode ser obtida com base na capacidade de carga última. De acordo com Budhu (2013), as equações teóricas de capacidade de carga para uso comum em projetos de fundações foram obtidas por meio do método de equilíbrio limite. Nspt Esta equação apresenta uma formulação geral da equação para o cálculo da capacidade de carga última: Eq. (9) Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Em que: = Fatores de forma. = Coesão efetiva do solo de fundação. = Base da sapata. = Peso específico do solo de fundação. = Tensão efetiva na cota de apoio da fundação. Para Budhu (2013), os valores dos fatores de forma ( ) podem ser obtidos por tabelas. As mais utilizadas e encontradas na literatura são as de Meyerhof e Terzaghi. σult = c ′Nc + γBNγ + qsNq 1 2 Ni C ′ B γ qs Ni Os fatores de forma se dividem em: Fatores de capacidade de carga Eq. (10) Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Fatores geométricos Eq. (11) Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Fatores de compressibilidade Eq. (12) Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Em que: (Nq) Nq = N∅ × e π×tan∅ (NC) Nc = cot ∅ × (Nq − 1) (Nγ) Nγ = 2 tan ∅ × (Nq + 1) é o ângulo de atrito do solo. é uma correção obtida a partir desse ângulo de atrito do solo (equação 13). Eq. (13) Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal A partir do cálculo da capacidade de carga última do solo, pode-se obter o valor da tensão admissível do solo. Para isso, dividir seu valor por um FS contra a ruptura: Eq. (14) Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Os valores considerados para o FS são propostos na NBR 6122:2019: Métodos para determinação da resistência última Coeficiente de ponderação da resistência última Fator de segurança global ∅ N∅ N∅ = tan 2(45 + ∅/2) σadm = σult FS γmcγmc FSg Semiempíricosa Valores propostos no próprio processo e, no mínimo, 2,15. Valores propostos no próprio processo e, no mínimo, 3,00. Analíticosb 2,15 3,00 Semiempíricosa ou analíticosb acrescidos de duas ou mais provas de carga necessariamente executadas na fase de projeto (conforme item 7.3.1 da norma). 1,40 2,00 a Atendendo ao domínio de validade para o terreno local. b Sem a aplicação de coeficientes de ponderação aos parâmetros de resistência do terreno. c Em todas as situações de , (majoração) para o esforço atuante se estiver disponível apenas seu valor característico; se já for fornecido o valor de cálculo, nenhum coeficiente de ponderação deverá ser aplicado a ele. Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal Tabela 6: Fundações rasas – fatores de segurança e coeficientes de ponderação para solicitações de compressão. Extraída da Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2019a, p. 17. γm, γm = 1, 4γm γf = 1, 4 Algumas tabelas na literatura apresentam uma correlação do SPT com: A tensão admissível (taxa de solo). A consistência/compacidade. O atrito lateral. O ângulo de atrito interno no caso das areias. Areias SPT Consistência Tensão admissível (kgf/cm²) Atrito lateral (kgf/cm²) Ângulo de atrito interno < 4 Muito fofa < 30ᵒ 5 – 8 Fofa < 1,00 < 0,50 30ᵒ - 35ᵒ 9 – 18 Medianamente compacta 1,00 – 3,00 0,50 – 1,20 35ᵒ - 40ᵒ 19 – 41 Compacta 2,00 – 5,00 1,20 – 1,90 40ᵒ - 45ᵒ > 41 Muito compacta > 5,00 > 1,90 > 45ᵒ Argilas SPT Consistência Tensão admissível (kgf/cm²) Atrito lateral (kgf/cm²) Ângulo de atrito interno < 2 Muito mole < 0,25 - 2 – 4 Mole 0,25 – 0,50 < 0,10 - 4 – 8 Média 0,50 – 1,00 0,10 – 0,40 - 8 – 15 Rija 1,00 – 2,00 0,40 – 0,80 - 15 – 30 Muito rija 2,00 – 4,00 0,80 – 1,20 - > 30 Dura > 4,00 1,20 - Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal Tabela 7: Correlação entre o SPT e outras características dos solos. Extraída de Rebello, 2008, p. 35-36. Adaptada por Dayanne Severiano Meneguete. AVALIAR SE A PROFUNDIDADE DE ASSENTAMENTO DA FUNDAÇÃO NÃO ULTRAPASSA OS DOIS METROS Este item obedece às recomendações e à definição dadas pela NBR 6122:2019 em relação à classificação da fundação como rasa. Segundo essa NBR: A PROFUNDIDADE DE ASSENTAMENTO EM RELAÇÃO AO TERRENO ADJACENTE À FUNDAÇÃO É INFERIOR A DUAS VEZES A MENOR DIMENSÃO DA FUNDAÇÃO. ANALISAR O RECALQUE PROVOCADO PELAS CARGAS RECALQUE A estimativa de recalques deve ser feita com o objetivo de promover a segurança contra deformações excessivas, buscando ainda resultados que possam viabilizar as fundações diretas – desde que permaneçam dentro do valor admissível. A literatura, em geral, recomenda que o recalque total não ultrapasse 10cm. Tal valor obviamente é uma suposição. Ele depende, na verdade, do tipo de obra. Pinto (2006, p. 183) afirma que a determinação das deformações devidas a carregamentos verticais (recalques) na superfície do terreno pode ser de dois tipos: Imediatas Deformações que ocorrem rapidamente após a construção (de caráter imediato). Lentas Deformações observadas de forma lenta após a aplicação das cargas. Elas ocorrem graças ao fenômeno de adensamento do solo. ADENSAMENTO DO SOLO Expulsão da água do solo e sua consequentemente deformação devido à formação desses vazios. SAIBA MAIS Outros autores ainda acrescentam mais um nível chamado de recalque secundário. Veja a seguir a sequência de recalques: RECALQUE IMEDITADO Assentamento das camadas de areia devido à estrutura (maior permeabilidade). Teoria da elasticidade. RECALQUE DE ADENSAMENTO javascript:void(0) Expulsão da água dos vazios de camadas de argila. RECALQUE SECUNDÁRIO Expulsão da água dos vazios de camadas de argila à tensão constante. Para a equação 15 do recalque de adensamento... Eq. (15) Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Vê-se que: = Coeficiente de compressibilidade = Coeficiente de recompressão = Espessura da camada = Índice de vazios inicial ΔH = × [Cc ⋅ log( ) + Cr ⋅ log( )] Ho 1 − e0 σ′0 + Δσ σ′p σ′p σ′o Cc CR H e0 Δσ = Acréscimo de tensões = Tensão efetiva inicial = Tensão de pré-adensamento ACRÉSCIMOS DE TENSÕES NO SOLO Os acréscimos de tensões aplicados na fórmula para o cálculo de recalque são calculados por fórmulas empíricas. Os métodos mais difundidos nessas fórmulas são: • Boussinesq Eq. (16) Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal • Método simplificado 2:1 σ′0 σ′p Δσ = 3Q 2πz2[1 + ( )2] 5/2 r z Eq. (17) Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal • Newmark Eq. (18) Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Em que: Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Ainda existem outras soluções para o cálculo de acréscimo de tensões no solo. Destacaremos três delas a seguir: 1. Acréscimo de tensão gerado por uma faixa de carga uniformemente distribuída – infinita Δσz = q ⋅ B.L (B + z) ⋅ (L + z) Δσ = q0 ⋅ f(m,n) m = ,n = e f(m,n) = Iz − FatordeInfluência a z b z Eq. (19) Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Exemplo: Estradas. 2. Acréscimo de tensão gerado no eixo de uma carga circular uniformemente distribuída – Solução de Love Eq. (20) Atenção! Para visualizaçãocompleta da equação utilize a rolagem horizontal Exemplo: Reservatório de água. 3. Acréscimo de tensão gerado por um aterro infinito Eq. (x21) Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Em geral, ao fazer as verificações destacadas a seguir para os recalques, é possível definir qual tipo fundação pode ser utilizado. Estimativa de recalques: Δσ = [sin(2α) ⋅ cos(2β) + 2α( em Radianos )] q π Δσ = q ⎧⎪ ⎨ ⎪⎩ 1 − ⎡ ⎣ ⎤ ⎦ 3/2⎫⎪ ⎬ ⎪⎭ 1 1 + ( ) 2R z Δσ = γAterro hAterro Se Recalque aceitável. Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Se Recalque inaceitável – usar fundação profunda. Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Se Refinar os resultados com investigação complementar. Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Verificações semelhantes ainda podem ser feitas para a análise da tensão admissível. O cálculo da tensão admissível será tratado em outro conteúdo, mas é importante saber que um dos parâmetros utilizados para seu cálculo é o resultado da resistência à penetração do solo obtido por intermédio do ensaio de sondagem SPT. Assim, para essa tensão, verifica-se que: Se Tensão aceitável. Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Se Tensão inaceitável – usar fundação profunda. Δhestimado ≪ Δhadmissivel → Δhestimado << Δhadmissivel → Δhestimado ≫ Δhadmissível → Δhestimado >> Δhadmissivel → Δhestimado ≃ Δhadmissivel → Δhestimado ≈ Δhadmissivel → Se qestimado ≪ qadmissivel → qestimado << qadmissivel → qestimado ≫ qadmissível → qestimado >> qadmissivel → Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Se Refinar os resultados com uma investigação complementar. Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Sendo assim, pode-se resumir a escolha da fundação por este fluxograma: Escolha do tipo de fundação. VERIFICANDO O APRENDIZADO CONCLUSÃO qestimado ≃ qadmissivel → qestimado ≈ qadmissivel → CONSIDERAÇÕES FINAIS Conhecemos neste conteúdo os conceitos e definições sobre o que é um projeto de fundações, sua importância e os principais tipos. Verificamos também quais sãos as principais ações, as solicitações e a segurança para dimensionar um projeto de fundações dentro dos conceitos de projeto, ou seja, as condições necessárias para o dimensionamento com base no estado limite último e no estado limite de utilização (serviço). Discorremos ainda sobre os processos de investigação do subsolo, dando ênfase ao ensaio de penetração do solo (SPT), já que esse método é o mais difundido e aplicado no Brasil. Por fim, demonstramos os procedimentos e os critérios para a escolha do tipo de fundação, bem como os cálculos de recalque e tensão admissível do solo. PODCAST Ouça um resumo sobre os principais tópicos abordados feito pela especialista Dayanne Severiano Meneguete. AVALIAÇÃO DO TEMA: REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6122:2019. Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro: ABNT, 2019a. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6484:2020. Sondagem de simples reconhecimento com SPT — método de ensaio. Rio de Janeiro: ABNT, 2020. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8681:2003. Ações e segurança nas estruturas - Procedimento. Rio de Janeiro: ABNT, 2019b. ALBUQUERQUE, P. J.; GARCIA, J. R. Engenharia de fundações. 1. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2020. BUDHU, M. Fundações e estruturas de contenção. Foundations and earth retaining structures. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2013. CINTRA, J. C. A. et al. Fundações: ensaios estáticos e dinâmicos. 1. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2013. CINTRA, J. C. A. et al. Fundações por estacas: projeto geotécnico. 1. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2010. CHING, F. D. K. Técnicas de construção ilustradas. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2017. GUIMARÃES, D.; PETER, E. A. Fundações. 1. ed. Porto Alegre: Sagah, 2018. PINTO, C. de S. Curso básico de Mecânica dos solos com exercícios resolvidos. 3. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2006. REBELLO, Y. C. P. Fundações: guia prático de projeto, execução e dimensionamento. São Paulo: Zigurate, 2008. SCHNAID, F.; ODEBRECHT, E. Ensaios de campo e suas aplicações à engenharia de fundações. 2. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2012. VELLOSO, D. de A.; LOPES, F. de R. Fundações: critérios de projeto, investigação de subsolo – fundações superficiais. v. 1. São Paulo: Oficina de Textos, 2004. EXPLORE+ Leia o artigo intitulado Estacas geotérmicas em solo arenoso saturado: efeito da utilização de grupos de estacas na dissipação de calor no site do Instituto de Pesquisa Tecnológicas (IPT). CONTEUDISTA Dayanne Severiano Meneguete
Compartilhar