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CENTRO DE ENSINO SUPERIOR DOS CAMPOS GERAIS FACULDADES INTEGRADAS DOS CAMPOS GERAIS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL CIBÉLI FOGAÇA BERNARDO LORENE RESSETI GIEBELUKA PABLO PASZKO TIPOS DE FUNDAÇÕES PONTA GROSSA – PR 2019 CIBÉLI FOGAÇA BERNARDO LORENE RESSETI GIEBELUKA PABLO PASZKO TIPOS DE FUNDAÇÕES Trabalho apresentado como requisito parcial para obtenção de nota parcial na disciplina de Planejamento e Controle de Obras II do curso de Engenharia Civil do Centro de Ensino Superior dos Campos Gerais. Prof.: Pablo Ribeiro. PONTA GROSSA – PR 2019 Sumário Página 1. INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 4 1.1 CONCEITO .................................................................................................................... 4 1.2 ESCOLHA DO TIPO DE FUNDAÇÕES .................................................................... 4 1.3 RECONHECIMENTO DO SUBSOLO PARA FINS DE FUNDAÇÕES ................ 5 2. TIPOS DE SOLOS ....................................................................................................... 5 2.1 SOLO ARENOSO ......................................................................................................... 5 2.2 SOLO ARGILOSO ........................................................................................................ 6 2.3 SOLO SILTOSO ............................................................................................................ 6 3. ENSAIO DO SOLO EM LABORATÓRIO ................................................................ 6 4. ENSAIO PADRONIZADO DE PENETRAÇÃO (SPT)............................................ 7 4.1 SONDAGEM A PERCUSSÃO .................................................................................... 7 4.2 SONDAGENS À TRADO ........................................................................................ 9 4.3 COTAÇÃO PARA SONDAGEM DO TIPO ENSAIO DE SONDAGEM À PERCUSSÃO – SPT ..................................................................................................................... 10 4.4 COTAÇÃO PARA SONDAGEM DO TIPO: SONDAGENS MISTAS, A PERCUSSÃO E ROTATIVAS. ..................................................................................................... 10 5. FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS (OU RASAS OU DIRETAS) .............................. 10 5.1 SAPATA CORRIDA .................................................................................................... 11 5.2 SAPATA ASSOCIADA ............................................................................................... 11 5.3 BLOCO ..................................................................................................................... 12 5.4 RADIER .................................................................................................................... 13 5.5 VIGAS DE FUNDAÇÃO OU BALDRAME .......................................................... 14 6. FUNDAÇÕES PROFUNDAS ................................................................................... 14 6.1 ESTACAS ..................................................................................................................... 14 6.1.1 Estacas Pré-Moldadas De Concreto ............................................................. 15 6.1.2 Estacas metálicas .............................................................................................. 16 6.1.3 Estacas de Madeira ........................................................................................... 17 6.1.4 Estacas Franki .................................................................................................... 18 6.1.5 Estaca Strauss ................................................................................................... 19 6.1.6 Estacas Hélice Contínua .................................................................................. 20 6.1.7 Estaca raiz ........................................................................................................... 21 6.1.8 Estaca Ômega .................................................................................................... 23 6.1.9 Estaca Escavada com trado helicoidal ........................................................ 23 6.1.10 Estaca broca ..................................................................................................... 24 6.1.11 Estacas-barrete ............................................................................................. 25 6.1.12 Estacas injetadas ............................................................................................ 26 6.1.13 Estacas escavadas de grande diâmetro (estacões) ............................ 27 6.2 TUBULÃO .................................................................................................................... 28 6.2.1 Tubulão à Céu Aberto ...................................................................................... 29 6.2.1 Tubulão à ar comprimido ................................................................................ 30 6.3 CAIXÕES...................................................................................................................... 31 7 SOLOS LITORANEOS .................................................................................................. 31 8. CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................ 33 REFERENCIAS...................................................................................................................... 34 4 1. INTRODUÇÃO 1.1 CONCEITO Fundações são os elementos estruturais com função de transmitir as cargas da estrutura para as camadas resistentes do solo, sem provocar ruptura do terreno de fundação (AZEVEDO, 1988). Assim, as fundações devem ser resistentes para suportar as tensões causadas pelos esforços solicitantes. Além disto, o solo também necessita de resistência e rigidez para não sofrer ruptura e não apresentar deformações exageradas ou diferenciais. Podem também serem chamados de alicerce. Para se escolher a fundação mais adequada, devem-se conhecer os esforços atuantes sobre a edificação, as características do solo e dos elementos estruturais que formam as fundações. Assim, analisa-se a possibilidade de utilizar os vários tipos de fundação, em ordem crescente de complexidade e custos (WOLLE, 1993). 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). Assim, para se escolher a fundação mais adequada, devem-se conhecer os esforços atuantes sob a edificação, as características do solo e dos elementos estruturais que formam as fundações. Desta forma, devem ser realizados os seguintes estudos: Projeto do edifício; Cálculo das cargas; Investigação do terreno e Definição do tipo de fundação. 1.2 ESCOLHA DO TIPO DE FUNDAÇÕES A escolha do tipo de fundação adequada depende de estudos das características do solo, da existência de lençóis freáticos, das edificações vizinhas, custos, dos esforços atuantes sobre a edificação, dos materiais disponíveis e elementos estruturais da fundação. Uma obra executada sem o conhecimento prévio do subsolo implica na adoção de uma fundação que nem sempre é a que melhor se adapta a ela tecnicamente e economicamente, o que poderá trazer sérios problemas em curto prazo, tanto para a obra como para o responsável técnico. https://www.escolaengenharia.com.br/alicerce/ 5 1.3 RECONHECIMENTO DO SUBSOLOPARA FINS DE FUNDAÇÕES A escolha do tipo de fundação é responsabilidade do engenheiro projetista e é feita baseada nas informações geotécnicas, as quais devem fornecer dados sobre o terreno de fundação. A quantidade de dados necessária à determinação das fundações é relativa a cada situação, oscilando em função de variáveis como: porte da edificação, funcionalidade, concepção estrutural adotada, problemas relativos ao solo, entre outras. O método mais comum para investigação geotécnica do subsolo de fundações de edifícios é o de sondagem à percussão com circulação de água, acompanhado pelo ensaio normalizado de penetração (SPT) ou sondagem de simples reconhecimento do solo (Normas ABNT). Este método fornece um perfil com descrição das camadas do solo e a resistência oferecida por elas à penetração de um amostrador normalizado. Pode fornecer, ainda, a profundidade do nível de água estático. Quando a fundação é rochosa, ou parcialmente rochosa, usa-se outro método de sondagem, a sondagem rotativa com broca de diamante e extração de testemunho de sondagem. A rocha amostrada é descrita e avaliada quanto à resistência. Em casas ou construções que aplicam baixa tensão sobre o solo (fundações diretas – por meio de sapatas), muitas vezes não são realizadas sondagens à percussão. Pode-se executar uma sondagem de reconhecimento com o auxílio de um trado, sendo válido, neste caso, a experiência do Engenheiro responsável, ou mesmo construtor, para estabelecer até onde deve ser realizada a escavação para ser colocada a fundação classificada como direta. A experiência é reforçada pelo conhecimento dos solos da região, com a devida atenção para as diversas condições geotécnicas desfavoráveis para fundações diretas. 2. TIPOS DE SOLOS 2.1 SOLO ARENOSO O solo arenoso não possui grande índice de coesão, isto é, se movimenta facilmente e é altamente permeável. Para a construção, isso representa um grande desafio, já que onde há lençóis freáticos o solo arenoso pode permanecer firme 6 enquanto em contato com a água, mas outras construções abaixam o lençol e movimentam o terreno. O solo arenoso requer fundações profundas com estacas, geralmente de aço ou concreto armado, para evitar esse efeito e garantir a segurança da estrutura. Normalmente, as construções portuárias se utilizam dessas estacas preenchidas com betão para aumentar a resistência da fundação. 2.2 SOLO ARGILOSO O solo argiloso é o mais comum nas terras brasileiras, e possui alta densidade quando não há a presença de água por perto, que é quando ele se torna viscoso. Dessa forma, é aconselhável realizar um estudo do solo aplicando a geofísica, para saber exatamente qual fundação utilizar. Porém, normalmente as fundações rasas são as mais utilizadas nesses tipos de solo, sendo que caso seja necessário reforçar as sapatas, o uso dos radiers é recomendado. Para atingir mais segurança, o uso de estacas também é recomendado, mas não usual. 2.3 SOLO SILTOSO O solo siltoso possui pouca coerência e se transforma em lama facilmente em contato com a água, sendo um intermediário entre a areia e a argila, o que dificulta a construção nesses tipos de solo. O usual é se utilizar de estacas mais profundas para a fundação nesses tipos de solo, porém com uma escavação mais profunda, para evitar problemas com a movimentação do solo, lençóis freáticos e tempestades que podem resultar em, no caso de encostas, escorregamentos. Entender o solo é uma necessidade urgente de toda obra, uma que pode ser difícil de realizar, mas que tem um retorno imenso na segurança dos moradores do local e na tranquilidade da construtora. 3. ENSAIO DO SOLO EM LABORATÓRIO http://geoanalisys.com/noticias-sobre-geofisica/potencialidades-de-aplicacao-dos-metodos-geofisicos/ 7 Os parâmetros se relacionam com as características dos solos, tais como a composição e a estrutura, e também com as características do depósito, tais como os estados e histórias de tensões. Estas características são decorrentes do ambiente de deposição dos solos e dos processos pós-deposicionais. A determinação desses parâmetros e características pode ser feita a partir da realização de ensaios de laboratório, desde que, pelo menos, amostras indeformadas estejam disponíveis. As amostras coletadas em diversas profundidades do depósito de solos, através das sondagens de simples reconhecimento (SPT), onde são acondicionadas e transportadas para o laboratório em até cinco dias, para as realizações dos ensaios, que consistiu na realização de ensaios para verificações dos teores de umidade natural, dos teores de matéria orgânica, Limite de consistência (plasticidade) e das granulometrias – apenas por peneiramento – dos solos. 4. ENSAIO PADRONIZADO DE PENETRAÇÃO (SPT) 4.1 SONDAGEM A PERCUSSÃO A sondagem a percussão é utilizada na construção civil para determinar o perfil geológico, a capacidade de carga das diferentes camadas do subsolo, a identificação do lençol freático, a consistência dos solos arenosos e argilosos. Figura 1 – Sondagem a percussão Fonte: repositorio.unesp.br Um estudo do solo vai permitir o dimensionamento exato da fundação da sua construção, evitando problemas estruturais no futuro, como rachaduras e afundamentos. Em outras palavras consiste no reconhecimento dos tipos de solos e as respectivas espessuras de cada camada do terreno. 8 A mesma está normatizada pela NBR 6484:2001, conhecida como SPT (Standard Penetration Test), sondagem de simples reconhecimento. O objetivo da sondagem a percussão é obter os índices de resistência na penetração do solo. A partir dos resultados dos ensaios será possível determinar o tipo de fundação e o seu dimensionamento. Caso seja necessário estudos mais aprofundados serão realizados. No final do ensaio pode-se medir o torque necessário para ruptura da amostra, bem como executar outros ensaios aproveitando-se a perfuração. A NBR 8036 determina o numero mínimo de sondagens que deve ser realizada, observe a tabela abaixo: Tabela 1 – Numero de sondagens por area construída. Fonte: NBR 8036. “ As sondagens devem ser, no mínimo, de uma para cada 200 m2 de área da projeção em planta do edifício, até 1200 m2 de área. Entre 1200 m2 e 2400 m2 deve- se fazer uma sondagem para cada 400 m2 que excederem 1200 m2. Acima de 2400 m2 o numero de sondagens será fixado de acordo com o plano particular da construção” . Figura 1 – Sondagem a percussão Fonte: repositorio.unesp.br 9 4.2 SONDAGENS À TRADO As sondagens a trado são realizadas com trados cavadeiras e trados helicoidais, de 63,5 mm de diâmetro. Este método é executado conforme os padrões da NBR 9603 e permite o reconhecimento das camadas superficiais do terreno, com a identificação de um possível lençol freático raso, a compactação, CBR das amostras de solo e a coleta de amostras deformadas para ensaios de caracterização. Figura 2 – Sondagem a trado. Fonte: repositorio.unesp.br Tabela 2 – Empresas que executam serviços de sondagem. Fonte: O autor (2019). 10 4.3 COTAÇÃO PARA SONDAGEM DO TIPO ENSAIO DE SONDAGEM À PERCUSSÃO – SPT Preço médio encontrado foi R$ 900,00, baseado na média de cotações de preços com as empresas que foram contatadas. Preço médio baseado em no mínimo 2 furos, as empresas têm descontos significativos à medida que a quantidade de furos é aumentada, devido a mobilização e desmobilização de materiais, ferramentas e equipe serem único. 4.4 COTAÇÃO PARA SONDAGEM DO TIPO: SONDAGENS MISTAS, A PERCUSSÃO E ROTATIVAS. Tabela 3 – Valores dos serviços de sondagens. Fonte: O autor (2019). Obs. 1 - Preços baseados na média de cotações de preços com as empresas. Obs. 2 - Preços unitários para o mínimo de 14 metros de sondagem a Percussão e 04 metros de sondagem Rotativa.5. FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS (OU RASAS OU DIRETAS) Fundação em que a carga é transmitida ao terreno, predominante pelas pressões distribuídas sob a base da fundação e em que a profundidade de assentamento em relação ao terreno adjacente é inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação. As fundações superficiais são tipicamente projetadas com 11 pequenas escavações no solo, com profundidade menor ou igual a 2,0 metros de profundidade, não sendo necessários grandes equipamentos para execução. Compreende as sapatas, os blocos, as sapatas associadas, os “radiers” e as vigas de fundação. 5.1 SAPATA CORRIDA Elemento de fundação superficial, de concreto armado, dimensionado de modo que as tensões de tração nele resultantes sejam resistidas pelo emprego de armadura especialmente dispostas para esse fim. Pode ter espessura constante ou variável e sua base em planta é normalmente quadrada, retangular ou trapezoidal. A sapata é uma fundação rasa com capacidade de carga baixa a média, são utilizadas quando há a presença de uma carga distribuída linearmente pela fundação, como exemplo, pode-se considerar sapatas corridas para suportar cargas originadas de muros, paredes e outros elementos alongados. Sua utilização é indicada caso as sondagens de reconhecimento do subsolo indiquem a presença de argila rija, dentre outros. Figura 3 – Sapata corrida. Fonte: ecivilufes.files.wordpress.com 5.2 SAPATA ASSOCIADA Sapata isolada é um dos tipos de fundação superficiais mais simples e comuns na construção civil. Ela é dimensionada para suportar a carga de apenas um pilar ou coluna. Podem ser de formato quadrado, retangular, circular, etc. As sapatas são indicadas para regiões onde e solo é estável e com boa resistência nas camadas superficiais e suportam grande capacidade de cargas 12 comparadas a outros tipos de fundação rasa ou direto como blocos não armados, radier e viga baldrame. Figura 4 – Sapata associada. Fonte: ecivilufes.files.wordpress.com 5.3 BLOCO Elemento de fundação superficial de concreto, dimensionado de modo que as tensões de tração nele produzidas possam ser resistidas pelo concreto, sem necessidade de armadura. Isso porque as tensões de tração nele produzidas possuem baixa magnitude, podendo ser resistidas pelo concreto. Pode ter as faces verticais, inclinadas ou escalonadas e apresentar planta de seção quadrada ou retangular.Os blocos, assim como as sapatas, são indicados para cargas de valor significativo em terrenos com resistência igual ou superior a 0,1 MPa. Figura 5 – Bloco de fundação. Fonte: ecivilufes.files.wordpress.com https://www.escolaengenharia.com.br/radier/ https://www.escolaengenharia.com.br/viga-baldrame/ 13 5.4 RADIER O radier é um tipo de fundação superficial na qual toda a carga da edificação é transferida para uma laje maciça de concreto. Por se tratar de uma fundação direta – que distribui uniformemente todo o peso da edificação no terreno –, pode ser utilizado em variados tipos de solo, desde que seja feita uma análise conjunta do cálculo estrutural e do estudo da capacidade de carga do sol. O método não deve ser utilizado em solos com baixa resistência superficial e em projetos arquitetônicos que resultem em cargas concentradas em determinados pontos das edificações. De modo geral, o radier encontra aplicação na construção de casas térreas, sobrados e edifícios com poucos pavimentos. Ao dispensar grandes escavações, intensas movimentações de terra e a montagem de fôrmas complexas, a técnica torna-se bastante competitiva com relação a custos e prazos de execução. A construção de um radier armado para uma residência, por exemplo, pode ser concluída em dois dias, por três funcionários – um dia e meio para montagem e meio dia para concretagem. Esse tipo de fundação é utilizado em obras onde o solo é propício para isso, os solos arenosos, um exemplo, no litoral. O radier pode ser projetado em quatro tipos principais: Radiers lisos; Radiers com pedestais ou cogumelos; Radiers nervurados; Radiers em caixão. A seguir serão listados os quatro tipos principais de fundações em radier, utilizando a ordem crescente em relação a rigidez relativa. Existe outro tipo de fundação em radier, os radier em abóbadas invertidas, mais este tipo não é comum de ser utilizado no Brasil. Figura 6 – Radiers: (a) lisos; (b) com pedestais/cogumelos; (c) nervurados e (d) em caixão. Fonte: www.unaerp.br http://www.mapadaobra.com.br/capacitacao/conheca-os-tipos-de-fundacoes-de-uma-construcao/ http://www.mapadaobra.com.br/tecnologia/sondagem-do-solo-e-essencial-para-conhecer-as-caracteristicas-do-terreno/ 14 5.5 VIGAS DE FUNDAÇÃO OU BALDRAME Viga baldrame é uma fundação rasa de apoio, feita de concreto armado. Ela percorre todo o comprimento das paredes da construção. É um tipo comum de fundação para pequenas edificações. Constitui-se de uma viga, que pode ser de alvenaria, de concreto simples ou armado, construída diretamente no solo, que pode ter estrutura transversal tipo bloco, sem armadura transversal, dentro de uma pequena vala para receber pilares alinhados. É mais empregada em casos de cargas leves como residências construídas sobre solo firme. Nesses casos os arranques são dispostos e travados diretamente na armadura da viga baldrame antes da concretagem. Figura 7 – Viga baldrame. Fonte: repositorio.unesp.br 6. FUNDAÇÕES PROFUNDAS 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, e está assente em profundidade em relação ao terreno adjacente superior ao dobro de sua menor dimensão em planta. Transmitem as cargas da edificação ao solo principalmente por atrito lateral à peça e tem profundidade superior a 3,0m. Além disso elas tem grande comprimento em relação à sua base. 6.1 ESTACAS Elemento estrutural esbelto que, colocado ou moldado no solo por cravação ou perfuração, tem a finalidade de transmitir cargas ao solo, seja pela resistência sob sua extremidade inferior (resistência de ponta ou de base), seja pela resistência ao 15 longo de sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas. Executado inteiramente por equipamentos ou ferramentas, sem que em qualquer fase de sua execução, haja descida de pessoas. Os materiais empregados podem ser: madeira, aço, concreto pré-moldado, concreto moldado “in loco” ou pela combinação dos anteriores. As peças das fundações profundas são conhecidas como Estacas, podem ser de deslocamento ou escavadas. As estacas de deslocamento são aquelas introduzidas no terreno por meio de algum processo que não provoca a retirada de material. São do tipo moldada “in loco” e se caracteriza pelo deslocamento lateral do solo que é compactado na parede do furo até atingir a profundidade do projeto. 6.1.1 Estacas Pré-Moldadas De Concreto A grande vantagem das estacas de concreto pré-moldadas é sua qualidade superior controlada em canteiro, sendo vibradas e curadas à sombra, resultando num corpo homogêneo de elevada resistência. Para a cravação das estacas, o processo mais usual é o emprego do bate estaca os quais podem ser divididos de acordo com o martelo usado, nos seguintes grupos: bate-estacas de gravidade de simples efeito e de duplo efeito. Bate-estacas de gravidade são aqueles cuja energia para cravação da estaca é transmitida à mesma pela queda livre de um peso (martelo ou macaco) a uma altura determinada. No final da cravação é feita a NEGA, isto é, a penetração da estaca para os dez últimos golpes, medindo-se o quanto à estaca deve entrar. Com isso, constata-se se todas as estacas estão atingindo determinada camada resistente e obtêm-sedados para o cálculo da capacidade de carga. Quando o comprimento da estaca não for sufi ciente para a obtenção da NEGA é preciso emendá-la, sendo que, a sambladura deverá ser para esforços de compressão. Existem quatro tipos de estacas pré-moldadas: Vibrada: trabalhada a tração e recebe cargas com pequena excentricidade. https://www.escolaengenharia.com.br/fundacoes-profundas/#desl https://www.escolaengenharia.com.br/fundacoes-profundas/#escav 16 Centrifugada: Protendida: Mega ou de reação: constituída de elementos justapostos, com comprimento de 80 a 100 cm. A cravação é feita usando como reação a própria carga do prédio pronto ou um caixão carregado. Figura 9 – Exemplos de estacas pré-moldadas. Fonte: infraestruturaurbana17.pini.com.br As vantagens do uso das estacas de concreto são: durabilidade ilimitada, pois independe do nível de água; boa resistência à flexão e cisalhamento; boa capacidade de carga; podem ser fabricadas na própria obra. Um dos problemas das estacas pré-moldadas ocorre em presença de águas agressivas, pois estas podem penetrar no concreto e atingem os ferros da armação que, ao se oxidarem, aumentam o volume rompendo o concreto. Utiliza-se o recurso de pintá-las com produtos de base asfáltica. 6.1.2 Estacas metálicas De acordo com a NBR 6122/2010, as estacas metálicas podem ser por perfis laminados ou soldados, tubos de chapas dobradas (seção circular, quadrada ou retangular), tubo sem costura e trilhos. As estacas de aço devem resistir à corrosão http://infraestruturaurbana17.pini.com.br/ https://www.abntcatalogo.com.br/norma.aspx?ID=79281 17 pela própria natureza do aço ou por tratamento adequado, porém dispensam tratamento se estiverem inteiramente enterradas em terreno natural. Quando da realização de obras especiais como marítimas, metro, etc., as estacas devem receber tratamento especial para a sua proteção. Podem ser cravadas com um martelo de queda livre desde que a relação do peso do pilão e o peso da estaca não seja menor do que 0,5 e nem o martelo tenha peso inferior a 10 KN. As estacas metálicas podem ser emendadas, possuem pouca vibração durante sua cravação, conseguem atravessar camadas resistentes do solo e atingem grandes profundidades, contudo, possuem elevado custo se comparadas com outros tipos de estacas. Apresentam grande risco de corrosão ou oxidação se não forem bem tratadas. Figura 10 – Exemplo de estaca metálica. Fonte: mapadaobra.com.br 6.1.3 Estacas de Madeira As estacas mais antigas conhecidas são as de madeira, que foram utilizadas desde a pré-história, na construção de palafitas. As estacas de madeira nada mais são que troncos de árvores, bem retos e retangulares que se cravam no solo. Elas são empregadas somente em terrenos saturados e abaixo do nível de água subterrâneo, que condicione sua total imersão. As qualidades que a madeira deve atender são: durabilidade e resistência ao choque. São utilizadas em sua maior parte para obras provisórias, mas se forem utilizadas para obras permanentes devem receber tratamentos contra ataques de fungos, bactérias e outros organismos. As estacas de madeira completamente 18 submersas não se estragam, sendo capazes de durar séculos. Mas quando sujeitas a variações de umidade, deterioram rapidamente. A ponta da estaca de madeira deve ter diâmetro maior do que 15 cm e deve ser protegida com ponteira de aço caso à estaca necessitar penetrar ou atravessar camadas resistentes de solo. O topo da estaca deve ter diâmetro maior do que 25 cm e devem ser protegidos para minimizar danos durante a cravação. Podem ser cravadas com um martelo de queda livre desde que a relação do peso do pilão e o peso da estaca não seja menor do que 1,0, devendo ser a maior possível. As vantagens são a duração prolongada quando mantida permanentemente abaixo do nível de água e podem ser emendadas desde que se garanta a integridade da estaca. As estacas de madeira geram grande vibração durante sua cravação. Devem ser tomados cuidados quando a estaca fica exposta a flutuação do nível da água pois podem surgir ação de fungos e bactérias. O comprimento para este tipo de estaca é limitado a 12 metros. Figura 11 – Exemplo de estacas de madeira. Fonte: mapadaobra.com.br 6.1.4 Estacas Franki Executado no Brasil pelo menos desde os anos 1940, esse método consiste na produção de estacas de concreto armado com base alargada, e com tubo que pode ser posteriormente recuperado, obtida pela introdução de material granular ou concreto por meio de golpes de um pilão. 19 A técnica é indicada quando a camada resistente está em profundidades variáveis. Também pode ser aproveitada em terrenos com pedregulhos ou pequenos matacões relativamente dispersos. Contudo, não é recomendada para execução em terrenos com matacões quando as construções vizinhas não podem suportar grandes vibrações, e em terrenos com camadas de argila mole saturada. Assim como as demais estacas moldadas no local, a Franki permite atingir o comprimento desejado, podendo chegar a grandes profundidades. Além disso, a existência da base alargada aumenta a capacidade de carga da estaca. As limitações dessa tecnologia dizem respeito à vibração do solo durante a execução, podendo atrapalhar e até danificar construções vizinhas. A cravação pode provocar o levantamento das estacas já instaladas devido ao empolamento do solo circundante que se desloca lateral e verticalmente. Além disso, a estaca danificada pode ter sua capacidade de carga prejudicada ou perdida devido à ruptura do fuste ou pela perda de contato da base com o solo de apoio. Por causa dos impactos gerados na vizinhança, essa tecnologia é cada vez menos utilizada em grandes centros urbanos Figura 12 – Estaca Franki. Fonte: http://construcaomercado17.pini.com.br . 6.1.5 Estaca Strauss As estacas Strauss são moldadas in loco com 25 cm a 55 cm de diâmetro. Elas são executadas por escavação mecânica por meio de balde-sonda ou piteira, com uso parcial ou total de revestimento recuperável, e posterior concretagem. Essa técnica é http://construcaomercado17.pini.com.br/ 20 usada principalmente em locais confinados, terrenos acidentados e interior de construções existentes com o pé-direito reduzido. Pode ser utilizada também em locais com restrições a vibrações. Em comparação com as estacas Franki, as Strauss têm capacidade de carga menor. Uma estaca com 25 cm de diâmetro, por exemplo, pode suportar até 20 t. Já um elemento de 38 cm chega a suportar 40 t. Esse tipo de tecnologia possui limitação quanto ao nível do lençol freático. Também apresenta dificuldade para escavar solo mole de areia fofa por causa do estrangulamento do fuste. Por outro lado, o equipamento utilizado é leve e de pequeno porte, facilitando a locomoção dentro da obra e possibilitando a montagem do equipamento em terrenos de dimensões reduzidas. O processo de execução inicia-se com a abertura de um furo no terreno com um soquete para colocação do primeiro tubo (coroa). Em seguida, aprofunda-se o furo com golpes de sonda de percussão. À medida que o tubo desce, rosqueia-se o tubo seguinte até a escavação atingir a profundidade determinada. O concreto é, então, lançado e apiloado com o soquete. Após a concretagem, colocam-se barras de aço de espira para ligação com blocos e baldrames na extremidade superior da estaca. Figura 13 – Estaca tipo Strauss. Fonte: http://construcaomercado17.pini.com.br 6.1.6 Estacas Hélice Contínua Cada vez mais utilizadas em áreas urbanas, as estacas tipo hélice contínua monitoradas são produzidas a partir da perfuração do terreno por meio de um trado helicoidal contínuo, que retira o solo sem desconfinamento. Uma vez atingida a profundidade de projeto, o concretoé bombeado por dentro do trado a partir da cota de ponta da estaca. O trado é, então, sacado simultaneamente ao bombeamento de http://construcaomercado17.pini.com.br/ 21 concreto. O método exige a colocação da armação após a concretagem. Para controlar a pressão de bombeamento do concreto, o sistema possui instrumento medidor digital que informa todos os dados de execução da estaca. Indicada para obras que demandam rapidez, ausência de barulho e de vibrações prejudiciais a prédios da vizinhança, a estaca tipo hélice contínua pode ser executada em terrenos coesivos e arenosos, na presença ou não do lençol freático. É uma solução técnica e economicamente interessante para obras nas quais há um grande número de estacas sem variações de diâmetros, em função da produtividade alcançada. As estacas tipo hélice contínua também podem ser executadas abaixo do nível d'água. As principais desvantagens dessa técnica estão relacionadas ao porte do equipamento, que necessita de áreas planas e de fácil movimentação. Além disso, por causa de sua elevada produtividade, a execução exige central de concreto no canteiro de obras. De forma geral, a solução é competitiva financeiramente quando há um número mínimo de estacas a se executar para compensar o custo com a mobilização do equipamento. Dependendo da profundidade da estaca, do diâmetro da hélice, do tipo e resistência do terreno e do torque do equipamento, é possível executar de 150 m a 400 m de estacas por dia por esse método. Figura 14 – Estaca tipo Hélice continua. Fonte: http://construcaomercado17.pini.com.br 6.1.7 Estaca raiz São estacas escavadas com perfuratriz, executadas com equipamento de rotação ou rotopercussão com circulação de água, lama bentonítica ou ar comprimido. http://construcaomercado17.pini.com.br/ 22 Dependendo do equipamento utilizado, as estacas podem ser executadas em ângulos diferentes da vertical (0° a 90°). A perfuração se processa com um tubo de revestimento e o material escavado é eliminado continuamente por uma corrente fluida (água, lama bentonítica ou ar) que, introduzida por meio do tubo, reflui pelo espaço entre o tubo e o terreno. Na sequência, coloca-se a armadura e concreta-se à medida que o tubo de perfuração é retirado. Por conta da ausência de vibrações e de descompressão do terreno propiciadas pelo processo de perfuração, a estaca-raiz é indicada em casos como reforço de fundações, fundações de obras com vizinhanças sensíveis a vibrações ou poluição sonora, ou em terrenos com presença de matacões, rocha ou até mesmo concreto. A execução desse tipo de estaca compreende a seguinte sequência: perfuração auxiliada por circulação de água, instalação da armadura, preenchimento do furo com argamassa, e remoção do revestimento e aplicação de golpes de ar comprimido. A estaca-raiz foi desenvolvida na Itália, no final da década de 1950, tendo como função básica o reforço de fundações. No entanto, os desenvolvimentos da técnica executiva e dos conhecimentos da mecânica dos solos permitiram aumentar, com segurança, a capacidade de carga e a produtividade desse tipo de estaca. A NBR 6.122:2010 - Projeto e Execução de Fundações fixou a obrigatoriedade de realizar um número mais alto de provas de carga quando se usam estacas-raiz. Figura 15 – Estaca tipo raiz. Fonte: http://construcaomercado17.pini.com.br http://construcaomercado17.pini.com.br/ 23 6.1.8 Estaca Ômega De execução semelhante à hélice contínua monitorada, as estacas Ômega permitem o deslocamento lateral do terreno sem o transporte de solo à superfície, resultando numa melhora do atrito lateral. Os diâmetros disponíveis iniciam com 270 mm, e depois de 320 mm a 620 mm. A diferença entre a estaca tipo hélice contínua e a Ômega está, basicamente, na configuração da haste de perfuração. Na primeira, as pás perfazem toda a haste, de modo que, com a rotação, a terra deslocada na perfuração seja transportada pelos sulcos metálicos até a superfície do terreno. Nas estacas Ômega, as pás se concentram apenas na região da ponta da haste. Com a rotação do eixo, o volume de terra é transportado até um nível da haste projetado para compactá-lo contra a parede do furo. Todo o processo é monitorado por sensores ligados a um computador colocado na cabine do operador. Por não gerar ruídos nem vibrações, as estacas Ômega têm sido opção para obras em bairros sujeitos a programas de restrição de ruídos. No que se refere à profundidade, é possível executar por essa técnica estacas de até 28 m de profundidade, dependendo do equipamento, torque e diâmetros a serem utilizados. Tecnologia relativamente recente no mercado, poucas são as empresas que oferecem esse sistema no Brasil. Figura 16 – Estaca ômega. Fonte: http://construcaomercado17.pini.com.br 6.1.9 Estaca Escavada com trado helicoidal Trata-se de uma evolução da broca, mas em vez da escavação manual, é utilizado um trado mecânico. Com isso, torna-se possível atingir profundidades http://construcaomercado17.pini.com.br/ 24 maiores, porém, ainda acima do nível da água. A escavação com trado sem lama bentonítica é indicada para obras de pequeno porte e para solos com boa resistência, para garantir que a escavação permaneça estável durante a inserção da armação e da concretagem. A vantagem dessa solução reside na grande mobilidade e produção do equipamento e na ausência de vibração. Além disso, permite a amostragem do solo escavado, possibilita atingir a profundidade desejada e determinada em projeto e pode ser executada bem próxima às divisas. Uma vez instalado e nivelado o equipamento, posiciona-se a ponta do trado sobre o piquete de locação e inicia-se a perfuração. Quando a haste é totalmente helicoidal, a perfuração prossegue até a cota projetada e inicia-se a retirada da haste sem girar. Aproximadamente a cada 2 m, a haste é girada no sentido contrário ao da perfuração e, com o auxílio de uma pá, o solo é removido entre as lâminas. Quando somente um trecho da haste é helicoidal, a operação é repetida várias vezes antes de se atingir a cota prevista em projeto. Quando a cota de projeto é atingida, pode se iniciar a concretagem da estaca após o apiloamento do fundo. No caso de estacas armadas, após o apiloamento do fundo, a armação é posicionada no furo antes do lançamento do concreto. Figura 17 – Estaca escavada com trado helicoidal. Fonte: http://construcaomercado17.pini.com.br 6.1.10 Estaca broca São estacas executadas sem molde por perfuração no terreno, com auxílio de um trado de pequeno diâmetro. A execução é manual, normalmente feita pelo próprio http://construcaomercado17.pini.com.br/ 25 pessoal da obra. O trado utilizado possui quatro facas, formando um recipiente acoplado a tubos de aço galvanizado. À medida que prossegue a escavação, os tubos vão sendo emendados. A perfuração é feita por rotação e compressão do tubo, seguindose da retirada da terra que se armazena dentro do trado. O furo é posteriormente preenchido com concreto apiloado. As estacas-broca são indicadas para obras de pequenas dimensões que exigem baixa capacidade de carga (até 5 tf). Além disso, só podem ser executadas acima do lençol freático. Como limitações, essa tecnologia resulta em estacas sem garantia de verticalidade. Também implica risco de introdução de solo no concreto durante o enchimento. É importante evitar a utilização desse sistema em argilas moles saturadas, a fim de evitar possíveis estrangulamentos no fuste da estaca. Mas as estacas tipo broca apresentam também algumas vantagens. A principal delas é não provocar vibrações durante a sua execução, evitando, desta forma, danos nas estruturas vizinhas. As brocas também podem servir de cortinas de contenção para construção de subsolos quando executadas de forma justaposta. Figura18 - Estacas broca. Fonte: http://construcaomercado17.pini.com.br 6.1.11 Estacas-barrete Com seção retangular, as estacas-barrete são escavadas com uso de lama bentonítica, executadas com equipamentos de grande porte, como o clam-shell e hidrofresas. A técnica, de rápida execução, permite atingir profundidades de até 70 m, bem como executar a estaca em praticamente todos os tipos de terreno, com nível de água ou não, e atravessar matacões. As estacas-barrete são indicadas quando é necessário atravessar camadas de grande resistência. http://construcaomercado17.pini.com.br/ 26 A sequência executiva das estacas-barrete pode ser dividida em quatro etapas principais. Primeiro, coloca-se a guia (que tem o papel de guiar a ferramenta de escavação), completando com lama o volume escavado. Uma vez atingida a profundidade prevista, coloca-se a armadura e a bomba de submersão para a troca de lama usada por nova. Em seguida, é realizada a concretagem submersa com concreto plástico. Terminada a concretagem, procede-se ao aterro da parte superior e ao arrancamento da guia. A produtividade varia em função do tipo de solo e condições do terreno, mas como referência, é possível executar 50 m de estacas- barrete por dia com uma espessura de 40 cm. A lama bentonítica utilizada no processo é um fluido resultado da mistura de água e bentonita que cumpre o papel de estabilização de paredes das escavações. A bentonita é uma argila que, em presença de água, forma uma película impermeável (cake) sobre uma superfície porosa, como é o caso do solo, sem se misturar ao concreto. Figura 19 – Estaca barrete. Fonte: http://construcaomercado17.pini.com.br 6.1.12 Estacas injetadas As estacas injetadas são aquelas produzidas a partir da injeção sob pressão de produtos aglutinantes, normalmente calda de cimento. Elas podem ser executadas com maiores inclinações (0º a 90º), apresentar resistência de fuste superior, se comparada aos demais tipos de estaca com mesmos diâmetros, e resistir a esforços de compressão e tração, desde que convenientemente armadas. http://construcaomercado17.pini.com.br/ 27 Dentre as suas aplicações, destacam-se a estabilização de encostas, o reforço de fundações, a execução de fundações em terrenos com blocos de rocha ou antigas fundações, e a execução de fundações em obras offshore. A execução de uma estaca injetada moldada no solo compreende as seguintes fases: 1) Escavação do furo com equipamentos mecânicos apropriados de pequenas dimensões; 2) Colocação da armadura; 3) Moldagem do fuste. A injeção deve ser feita de maneira a garantir que a estaca tenha a carga admissível prevista no projeto. O consumo de cimento da calda ou argamassa injetada deve ser no mínimo de 350 kgf/m³. A resistência estrutural do fuste deve ter um fator de segurança mínimo à ruptura de 2, calculada em relação às resistências características dos materiais. Já a capacidade de carga deve ser verificada experimentalmente, por meio de provas de carga à compressão e ou tração. Quando utilizadas estacas injetadas com diâmetros iguais ou menores que 20 cm atravessando espessas camadas de argila mole, deve ser considerado o efeito de flambagem na estaca. Figura 20 – Estaca injetada. Fonte: http://construcaomercado17.pini.com.br 6.1.13 Estacas escavadas de grande diâmetro (estacões) Indicados para uso em obras sujeitas a cargas elevadas, os estacões são escavados mecanicamente, normalmente com emprego de lamas bentoníticas, e têm http://construcaomercado17.pini.com.br/ 28 seção circular, normalmente com diâmetros entre 0,7 m e 2,5 m. O comprimento das estacas é bastante variável, atingindo até 70 m. Essa tecnologia permite a inspeção do solo à medida que se escava, oferece rápida execução e pouca vibração, podendo ser executada junto a construções existentes. Além disso, as estacas escavadas de grande diâmetro podem ser construídas em presença de lâmina d'água, o que ocorre em obras marítimas e em construção de pontes. Nesse caso, a escavação mecânica e a concretagem submersa são precedidas da cravação de camisa metálica por meio de martelo vibratório na maior parte das vezes. Como limitações, esse tipo de fundação requer um amplo canteiro de obras para equipamentos e tanques de armazenamento de lama e depósito de solo escavado. O nível do lençol freático muito alto ou lençol com artesianismo podem dificultar a execução, principalmente quando em camadas de areias finas e fofas. Figura 21 – Estaca escavada. Fonte: http://construcaomercado17.pini.com.br 6.2 TUBULÃO Elemento de fundação profunda, cilíndrico, em que, pelo menos na sua etapa final de escavação, há descida de operário, que se faz necessária para executar o alargamento de base ou pelo menos a limpeza do fundo da escavação, uma vez que neste tipo de fundação as cargas são transmitidas essencialmente pela ponta. A execução de fundações com tubulões é indicada especialmente para obras com cargas consideradas elevadas (acima de 3 mil kN), - como, por exemplo, pontes, http://construcaomercado17.pini.com.br/ 29 viadutos e prédios de grande porte - para solos com presença de lençol freático e que apresentam riscos de desabamento. Figura 22 – Tubulão. Fonte: basestrauss.com.br 6.2.1 Tubulão à Céu Aberto As fundações em tubulão a céu aberto são indicadas basicamente para obras que apresentem cargas elevadas, áreas com dificuldades de uso de técnicas de fundação mais mecanizadas e regiões afastadas dos grandes centros urbanos devido à dificuldade de acesso. É utilizado em terrenos secos (ou com nível de agua a baixo do nível de solo resistente) e consiste em remoção do solo através de trado rotativo. Uma vez instalado e nivelado, o equipamento inicia a perfuração e, a cada 2 metros, faz a retirada da haste para a remoção de terra das lâminas, os diâmetros variam de 70 a 150 cm. A base do tubulão é a ponta da fundação, o elemento de apoio da fundação no solo. Esta base pode possuir a mesma dimensão do fuste, ou ser uma base alargada, conforme as cargas que a fundação precisa resistir. Esta base é geralmente circular, mas pode ter forma elíptica, em especial nos elementos próximos a divisas. No topo do tubulão a céu aberto é comum construir um bloco de coroamento, que tem a função de receber as cargas dos pilares e transmiti-las ao elemento de fundação. Quando o bloco não é construído e o pilar nasce diretamente no topo da fundação é dimensionado um trecho do fuste chamado de fretagem, que cumpre o papel do bloco de coroamento. 30 Figura 23 – Tubulão. Fonte: basestrauss.com.br 6.2.1 Tubulão à ar comprimido Os tubulões a ar comprimido são fundações profundas, escavadas de forma manual ou mecanizada, quando se pretende executar tubulões abaixo do nível de água. Se caracteriza pelo uso de revestimento de aço ou de concreto para auxiliar na escavação do fuste. Neste tipo de tubulão podemos encontrar base alargada ou não, necessitando de pessoal para descida para executar o alargamento da base ou limpeza do fundo quando não há base. Essas fundações requerem grande cuidado e atenção pelos trabalhos serem executado sob ar comprimido e deve atender aos requisitos da legislação trabalhista contidos na NR 18. Para que qualquer serviço seja realizado sob pressões superiores a 0,15 MPa algumas medidas devem ser tomadas como: disponibilização de equipe de socorro médico a disposição da equipe de obra, câmara de descompressão, compressores e reservatórios de ar comprimido de reserva e equipamentos para injeção de ar nas camisas de concreto ou aço para satisfazer as condições para o trabalho humano. https://www.escolaengenharia.com.br/fundacoes-profundas/ https://www.escolaengenharia.com.br/tipos-de-concreto/ https://www.escolaengenharia.com.br/nocoes-basicas-de-fundacoes/https://www.escolaengenharia.com.br/nr-18/ 31 Figura 24 – Tubulão. Fonte: basestrauss.com.br 6.3 CAIXÕES São elementos de fundação profunda de forma prismática, concretado na superfície e instalado por escavação interna. Figura 25 – Caixão. Fonte: basestrauss.com.br 7 SOLOS LITORANEOS Diferentemente do que se pensa, a maresia não é a única preocupação durante o planejamento e a execução de uma obra em áreas litorâneas. É fundamental a realização de um estudo detalhado a fim de determinar as melhores soluções para situações como ventos dominantes e a direção da trajetória do sol, afinal de contas, 32 todo mundo deseja uma brisa agradável e um sol moderado para curtir cada momento próximo à praia, sem situações inadequadas. Outro fator preponderante para a execução tranquila de uma obra é a análise rigorosa do solo que será utilizado. Atualmente, o Brasil possui o segundo pior solo do mundo, na Orla de Santos, litoral do estado de São Paulo. Segundo estudos, o solo dessa região é formado por aproximadamente 12m de camada de areia, seguida por uma faixa de argila marinha com 20m a 40m de comprimento, logo após uma nova camada de areia e por fim, uma camada dura feita com rochas. Essa característica peculiar fez com que prédios antigos, construídos sem o devido estudo da área, entortassem, exigindo, assim, que as novas construções da área fossem realizadas com a utilização de fundações profundas, modelo pelo menos 3 vezes mais caro que o método das fundações rasas. 33 Não há dúvida de que a principal força de combate contra imprevistos em construções de áreas litorâneas é a realização de estudos detalhados sobre a composição dos solos (geralmente menos consistentes), a direção da trajetória do sol e a escolha adequada dos materiais a serem utilizados na composição da estrutura futuramente erguida. Além disso, é imprescindível a constante troca de informações durante o planejamento entre engenheiros e arquitetos, a fim de que, o consenso entre beleza, funcionalidade e segurança seja atingido de forma harmônica. 8. CONSIDERAÇÕES FINAIS Necessárias em todos os tipos de empreendimentos, as fundações são responsáveis por suportar toda a carga estrutural do imóvel. Extremamente importantes para o desenvolvimento de qualquer obra, é preciso conhecer os tipos de fundações existentes – lembrando que podem ser divididas entre fundações superficiais e profundas – antes de escolher qual a mais adequada para a sua obra. Nas edificações de prédios, cujas estruturas são mais robustas, é necessário garantir fundações mais profundas, como a estaca hélice contínua. Já para obras de casas, sobrados e casas com características comerciais, mas que não tenham mais de dois andares, é possível utilizar fundações superficiais ou chamadas de rasas, como radier e sapata. Vale ressaltar que, antes de escolher qual a melhor fundação para sua obra, é importante fazer uma sondagem do solo do terreno para verificar quais as características do mesmo. Ele pode ser arenoso, possuir rochas, entre outros pontos. Essa análise, por final, vai determinar quais os tipos de fundação podem ser mais adequados ao seu projeto. Após concluir essa lista, deve-se fazer uma análise de custos para verificar qual a possibilidade de implantação de cada uma das fundações antes de escolher a que preferir. http://www.mapadaobra.com.br/inovacao/fundacao-estaca-helice-continua-x-sapata-direta/ 34 REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6112 – Projeto de Execução de Fundações: Procedimento. Rio de Janeiro, 1996. ENGENHARIA 360 - Os riscos de construir em áreas litorâneas. Disponível em: https://engenharia360.com/os-riscos-de-se-construir-em-areas-litoraneas/. Acessado em 14 de abril de 2019. GEOANALISYS – Tipos de solo e suas fundações mais aconselháveis. Disponível em: http://geoanalisys.com/noticias-sobre-geofisica/conhec%CC%A7a-os-principais- tipos-de-solo-e-suas-fundac%CC%A7o%CC%83es-mais-aconselhaveis/. Acessado em 14 de abril de 2019. PUC-RIO – Ensaios de laboratório – Disponível em: https://www.maxwell.vrac.puc- rio.br/21333/21333_5.PDF. Acessado em: 14 de abril de 2019. REBELLO, Yopanan Conrado Pe. Guia Prático de Projeto, Execução e Dimensionamento. São Paulo, 2008. 239 p. TECNOLOGIA DA CONSTRUÇÃO. Construção de edifícios. Disponível em https://docente.ifrn.edu.br/valtencirgomes/disciplinas/construcao-de- edificios/apontamentos-fundacao. Acessado em 13 de abril de 2019. VELLOSO, Dirceu A.; LOPES, Francisco R. Fundações: critérios de projeto - investigação do subsolo - fundações superficiais. São Paulo: Oficina de Textos, 2004. v.1. 226 p. https://engenharia360.com/os-riscos-de-se-construir-em-areas-litoraneas/ http://geoanalisys.com/noticias-sobre-geofisica/conhec%CC%A7a-os-principais-tipos-de-solo-e-suas-fundac%CC%A7o%CC%83es-mais-aconselhaveis/ http://geoanalisys.com/noticias-sobre-geofisica/conhec%CC%A7a-os-principais-tipos-de-solo-e-suas-fundac%CC%A7o%CC%83es-mais-aconselhaveis/ https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/21333/21333_5.PDF https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/21333/21333_5.PDF https://docente.ifrn.edu.br/valtencirgomes/disciplinas/construcao-de-edificios/apontamentos-fundacao https://docente.ifrn.edu.br/valtencirgomes/disciplinas/construcao-de-edificios/apontamentos-fundacao
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