Técnicas Fundações parte 01

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TÉCNICAS CONSTRUTIVAS I
FUNDAÇÕES Parte - 01
Prof. Sérgio Bezerra de Sant’ Anna
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FUNDAÇÕES: Classificação quanto ao tipo
Classificação geral
Os principais tipos de fundações podem ser reunidos em dois grandes grupos: 
fundações diretas. 
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Fundações: Classificação quanto ao tipo
e fundações indiretas.
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Fundações: classificação quanto a profundidade
Quanto a profundidade podemos iniciar analisando uma sapata direta. 
quando Df < A+B  Fundações rasas.
quando Df > A+B  Fundações profundas.
 (sendo “A” e “B” as dimensões da sapata)
Se a fundação for corrida considerar a maior dimensão “A” igual a 1,00 m.
As fundações são assentadas onde as camadas do subsolo, abaixo da estrutura, são capazes de suportar as cargas. 
Com o auxílio da sondagem, obtemos o SPT na profundidade adotada e calculamos a tensão admissível do solo que se obtém dividindo o SPT por cinco. Dividindo a carga P pela tensão admissível do solo, encontramos a área necessária da sapata . Arbitrando um dos lados e com o valor da área encontramos as dimensões procuradas:
	
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Fundações: Classificação quanto a hipótese de cálculo do dimensionamento.
Quanto a hipótese de cálculo as fundações podem ser rígidas ou flexíveis:
No dimensionamento das fundações rígidas não se considera a deformação da superfície de transmissão de cargas sob efeito do carregamento, por este motivo, o material empregado deve apenas resistir a compressão, sua altura “h” deve ter tal dimensão que evite o colapso da fundação quando deformada sob o efeito do esforço de tração. 
A altura “h” é calculada pela seguinte fórmula:
h = 0,5 (A-b)
 Onde: 1) para fundações isoladas
 A  maior dimensão da fundação 
 b  menor dimensão do pilar
 2) para fundações corridas
 A  considerar igual a 1,00 m
 b  espessura da parede
No dimensionamento das fundações flexíveis deve ser levado em consideração a deformação da superfície de transmissão de cargas sob efeito do carregamento, por este motivo, o material empregado deve resistir a compressão e a tração, o emprego da armadura de aço em conjunto com o concreto, permite que a altura “h” seja reduzida em aproximadamente 60% em relação as fundações rígidas.
A altura “h” é calculada pela seguinte fórmula:
h = d + 5 cm
 Onde: 5 cm é o recobrimento da armadura
 “d”  é a altura do concreto medida da armadura até a face da seção de concreto, sendo calculado em função do momento, da resistência a compressão do concreto, a resistência a tração do aço e o domínio de cálculo através da seguinte fórmula:
d =  k6 x(M/bw)
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Fundações: classificação quanto a forma de distribuição das cargas no solo:
Quanto a forma de distribuição das cargas no solo as fundações podem ser:
Diretas  quando as cargas provenientes da edificação são transferida através da superfície de de contato com o solo, portanto, são concebidas em forma de placa, ou seja, possuem duas dimensões grandes que formam a superfície de contato (A e B) e uma diminuta que determina a altura (h).
Indiretas  quando as cargas provenientes da edificação são transferidas através da superfície lateral da fundação que se atrita com o solo, portanto, são concebidas em forma de poste, ou seja, possuem duas dimensões pequenas que formam a superfície de penetração (devidamente apontada) e uma grande que determina o comprimento.
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Fundações: Dimensionamento das fundações diretas
Suponhamos que um pilar medindo 20 x 30 cm, transmite para uma fundação direta isolada a carga de 45.000 Kg. Analisando a sondagem do terreno o engenheiro projetista detectou que a resistência a compressão é crescente e que a uma profundidade de 60 cm encontra-se areia média compacta com SPT igual a 10 golpes. Pretendendo assentar ã fundação nesta profundidade o projetista calcula a resistência do solo a compressão:
 σs = SPT/05 = 10/05 = 2,0 Kg/cm²
 Calculando a área necessária:
 S = P/σs = 45.000 kg/2,0 Kg/cm²
 S = 22.500 cm²
 Fazendo um dos lados da superfície de contato igual a 160 cm, temos:
 L = 22.500 cm²/160 cm = 140 cm
 Assim: A = 160 cm e B = 140 cm 
 Se o projetista optar por uma fundação direta em bloco de concreto armado, a altura “h” será calculada da seguinte forma:
 h = 0,5 (A-b) = 0,5 (160-20) = 0,5 x 140 = 70 cm
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Fundações
 
Como referência temos (Tensão admissível do solo) como sendo:
 	 Boa = 4,0 kg/cm²
	 Regular = 2,0 kg/cm²
 Fraca = 0,5 kg/cm²
 A Distribuição das pressões, no terreno, é função do tipo de solo e da consideração da sapata ser rígida ou flexível, podendo ser bitriangular, retangular ou triangular. 
 Uma sapata será considerada flexível quando possuir altura relativamente pequena e , sob atuação do carregamento, apresentar deformação de flexão.
 
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Fundações: Sondagem do Solo
É sempre aconselhável a execução de sondagens, no sentido de reconhecer o subsolo e escolher a fundação adequada, obtendo assim, o barateamento das fundações. As sondagens representam, em média, apenas 0,05 à 0,005% do custo total da obra.
Os requisitos técnicos a serem preenchidos pela sondagem do subsolo são os seguintes: 
· Determinação dos tipos de solo que ocorrem, no subsolo, até a profundidade de interesse do projeto;
· Determinação da condição de compacidade (areias) ou consistência (argilas) que ocorre nos diversos tipos de solo;
· Determinação da espessura das camadas constituintes do subsolo e avaliação da orientação dos planos (superfícies) que as separam;
·  Informação sobre a ocorrência de água no subsolo.
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Fundações: Sondagem do Solo
A sondagem é realizada contando o número de golpes necessários à cravação de parte de um amostrador no solo provocada pela queda livre de um martelo de massa e altura de queda padronizadas. A resistência à penetração dinâmica no solo medida é denominada S.P.T. - Standart Penetration Test.
 
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Fundações: Sondagem do Solo
A execução de uma sondagem é um processo repetitivo, que consiste em abertura do furo, ensaio de penetração e amostragem a cada metro de solo sondado.
Desta forma, em cada metro, faz-se inicialmente a abertura do furo com um comprimento de 55cm, o restante dos 45cm destina-se à realização do ensaio de penetração.
As fases de ensaio e de amostragem são realizadas simultaneamente, utilizando um tripé, um martelo de 65kg, uma haste e o amostrador. 
O amostrador é cravado 45cm no solo, sendo anotado o número de golpes necessários à penetração de cada 15 cm.
O Índice de Resistência à Penetração é determinado através do número de golpes do peso padrão, caindo de uma altura de 75cm, considerando-se o número necessário à penetração dos últimos 30 cm do amostrador. Conhecido como S.P.T.
 
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Fundações: Sondagem do Solo
A tabela ao lado apresenta correlações empíricas, que permite uma estimativa da compacidade das areias e da consistência das argilas, a partir da resistência à penetração medida nas sondagens.
Os pontos de sondagem devem ser criteriosamente distribuídos na área em estudo, e devem ter profundidade que inclua todas as camadas do subsolo que possam influir, significativamente, no comportamento da fundação.
No caso de fundações para edifícios, o número mínimo de pontos de sondagens a realizar é função da área a ser construída. 
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Fundações: Sondagem do Solo
A NBR 8036/83 estabelece o número mínimo de pontos em função da área construída que pode ser observado na tabela abaixo:
Podemos ainda, avaliar o mínimo de furos para qualquer circunstância
em função da área do terreno para lotes urbanos:
·        2 furos para terreno até 200m²
·        3 furos para terreno entre 200 a 400m², ou
·        No mínimo, três furos para determinação da disposição e espessura das camadas.
 
Os furos de sondagens deverão ser distribuídos em planta, de maneira a cobrir toda a área em estudo. A apresentamos no slide seguinte alguns exemplos de locação de sondagens em terrenos urbanos.
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Fundações: Sondagem do Solo
  
Em relação a profundidade das sondagens, existem alguns métodos para determiná-la: a) pelo critério do bulbo de pressão e b) pelas recomendações da norma brasileira.
A distância entre os furos de sondagem deve ser de 15 a 25m, evitando que fiquem numa mesma reta e de preferência, próximos aos limites da área em estudo.
Mas, um técnico experimentado pode fixar a profundidade a ser atingida, durante a execução da sondagem, pelo exame das amostras recuperadas e pelo número de golpes.
Em geral, quatro índices elevados de resistência à penetração, em material de boa qualidade, permitem a interrupção do furo.
Nos terrenos argilosos, a sondagem deverá ultrapassar todas as camadas.
Nos terrenos arenosos, as sondagens raramente necessitam ultrapassar os 15 a 20m.
Obs.: profundidade mínima 8,0m. Essa profundidade pode ser corrigida, à medida que os primeiros resultados forem conhecidos. Poderá ocorrer obstrução nos furos de sondagens pela ocorrência de matacões (rochas dispersas no subsolo) confundindo com um embasamento rochoso. Neste caso a verificação é realizada executando-se uma nova sondagem a 3,0m, em planta, da anterior. Se for confirmada a ocorrência de obstrução na mesma profundidade, a sondagem deverá ser novamente deslocada 3,0m numa direção ortogonal ao primeiro deslocamento. Caso necessário, a sondagem na rocha é realizada com equipamento de sondagem rotativo. 
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Fundações: Sondagem do Solo
Os dados obtidos em uma investigação do subsolo, são normalmente apresentados na forma de um perfil para cada furo de sondagem.
A posição das sondagens é amarrada topograficamente e apresentada numa planta de locação bem como o nível da boca do furo que é amarrado a uma referência de nível RN bem definido.
No perfil do subsolo as resistências à penetração são indicadas por números à esquerda da vertical da sondagem, nas respectivas cotas. A posição do nível d'água - NA - também é indicada, bem como a data inicial e final de sua medição . 
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Fundações: critério de escolha do horizonte do solo
A resistência (sustentação) de um solo destinado a suportar uma construção é definida pela carga unitária (expressa em kgf/ cm2 ou Mpa), sob a qual, praticamente, o a fundação se estabiliza. Os solos apresentam resistências por limite de carga que podem suportar, sem comprometer a estabilidade de construção. O grau de resistência indica qual tipo de fundação é mais adequada, como o exemplo mostrado no esquema na próxima figura. 
 a) Se os solos A=B=C têm características iguais de resistência, é possível implantar a fundação em A;
 b) Se só A é resistente, deve-se apoiar fundações de estruturas leves, cuja carga limite deve ser determinada por análise de recalque; c) Se A é solo fraco e B é resistente, a fundação é do tipo profunda, atendendo-se para a carga limite em função da resistência de C; d) Se A=B são solos fracos e C é resistente, o apoio da fundação deverá ser em C. 
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Fundação: Escolha do tipo
 ESCOLHA DO TIPO DE FUNDAÇÃO 
Com os resultados das sondagens, a grandeza e natureza das cargas estruturais e conhecendo as condições de estabilidade, fundações, etc... das construções vizinhas, pode o engenheiro proceder a escolha do tipo de fundação mais adequada, técnica e economicamente.
O estudo é conduzido inicialmente, pela verificação da possibilidade do emprego de fundações diretas.
Mesmo sendo viável a adoção das fundações diretas é aconselhável comparar o seu custo com o de uma fundação indireta.
E finalmente, verificando a impossibilidade da execução das fundações diretas, estuda-se o tipo de fundação profunda mais adequada.
Quando a camada ideal for encontrada à profundidade de 5,0 à 6,0m, podemos adotar brocas, se as cargas forem na ordem de 4 a 5 toneladas
Em terrenos firmes a mais de 6,0m, devemos utilizar estacas ou tubulões.
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Fundações: Blocos e Alicerces
 Blocos e Alicerces
 Este tipo de fundação é utilizado quando há atuação de pequenas cargas, como por exemplo um prédio até 04 pavimentos. Os blocos são elementos estruturais de grande rigidez, são reforçados por cintamentos em concreto armado (blocos corridos) ou por vigas baldrames (blocos isolados), que tem por objetivo solidarizar a fundação reduzindo os efeitos causados pelos recalques diferenciais. Suportam predominantemente esforços de compressão simples, provenientes das cargas dos pilares. Os eventuais esforços de tração são absorvidos pelo próprio material do bloco. Podem ser de concreto ciclópico (não armado), alvenarias de tijolos comuns ou mesmo de pedra de mão (argamassada ou não). Geralmente, usa-se blocos quando a profundidade da camada resistente do solo está entre 0,5 e 1,0 m de profundidade.
 
 Os alicerces, também denominados de blocos corridos, são utilizados na construção de pequenas edificações, principalmente as residenciais e suportam diretamente as cargas provenientes das paredes resistentes, podendo ser de concreto ciclópico, alvenaria de tijolo maciço ou alvenaria de pedra.
 Na Figura ao lado apresentam-se três tipos de blocos corridos (alicerces), sem a presença do cintamento em concreto armado.
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Fundações: Blocos e Alicerces
O processo de execução de um alicerce consiste em: 
 
 	1. promover a abertura da vala;
 2. aumentar a compactação da camada do solo resistente, apiloando o fundo;
 3. Aplicação do lastro de concreto magro (90 kgf/cm²) de 5 a 10 cm de espessura;
 4. execução do embasamento, que pode ser de concreto ciclópico, alvenaria de bloco ou de pedra;
 5. construir uma cinta de amarração, com a finalidade de absorver esforços não previstos, suportar pequenos recalques, distribuir o carregamento e combater esforços horizontais;
 6. fazer a impermeabilização para evitar a percolação capilar, utilizando uma argamassa “impermeável” (com aditivo) ou ainda, uma chapa de cobre, de alumínio ou ardósia.
Deve-se, ainda, observar com cuidado:
 – se há ocorrência de formigueiros e raízes de árvore no momento da escavação da vala;
 – compatibilização da carga da parede x largura do alicerce, observando as fórmulas estabelecidas para o cálculo.
 Na figura ao lado, Blocos corrido em alvenaria de tijolo maciço (alicerce) com a presença de cintamento de concreto armado (ver detalhe da colocação da armadura).
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Fundações: Blocos e Alicerces
Abertura de vala
 Profundidade nunca inferiores a 40cm.
 Largura das valas:
 - parede de 1 tijolo = 45cm
 - parede de 1/2 tijolo = 40cm
 Em terrenos inclinados, o fundo da vala é formado por degraus (Figura ao lado), sempre em nível, mantendo-se o valor "h" em no mínimo 40 cm e h1, no máximo 50cm;
Apiloamento
Se faz manualmente com soquete (maço) de 10 à 20kg, com o objetivo unicamente de conseguir a uniformização do fundo da vala e não aumentar a resistência do solo.
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Fundações: Blocos e Alicerces
As fundações em alicerce (bloco corrido) são utilizadas para transmitir diretamente as cargas das paredes para o solo (estrutura mural) para o terreno firme logo abaixo, assim sendo, onde houver parede, deve haver fundação. A figura ao lado representa uma fundação em bloco corrido, sobre a qual deve ser executada uma cinta de concreto armado e posteriormente a alvenaria de bloco.
Exemplos de alicerces
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Fundações: Blocos e Alicerces
Foto de bloco em alvenaria
de pedra corrida com cintamento inferior.
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Fundações: Sapatas em concreto armado
 Ao contrário dos blocos, as sapatas não trabalham apenas à compressão simples, mas também à flexão, devendo neste caso serem executadas incluindo material resistente à tração.
 As sapatas transmitem para o solo, através de sua base, a carga de uma coluna (pilar) ou um conjunto de paredes.
 As sapatas de concreto armado, podem ter formato piramidal ou cônico, possuindo pequena altura em relação a sua base, que pode ter forma quadrada ou retangular (formatos mais comuns). Podem ser isoladas quando são posicionada para transmitir ao solo as cargas das edificações concentradas nos pilares (fig. Abaixo a esquerda), neste caso, devem ser interligadas por vigas baldrames ou, corridas (figura abaixo a direita) quando transmitem para o solo as cargas da edificação transmitidas pelas paredes.
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Fundações: Sapatas isoladas em concreto 
 As sapatas isoladas podem ter os formatos da figura ao lado:
 Para construção de uma sapata isolada, devem ser executadas as seguintes etapas:
 1. Escavação, compactação do solo, colocação da fôrma para o rodapé, com folga de 5 cm e execução do concreto “magro”;
 2. Posicionamento das fôrmas, de acordo com a marcação executada no gabarito de locação;
 3. Limpeza da da superfície de apoio;
 4. Colocação da armadura;
 5. Posicionamento do arranque do pilar em relação à caixa com as armações;
 6. Colocação das guias de arame, para acompanhamento da declividade das superfícies do concreto se a fundação for tronco piramidal;
 7. concretagem: a base poderá ser vibrada normalmente, porém para o concreto inclinado deverá ser feita uma compactação manual, isto é, sem o uso do vibrador
 
 
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Fundações: Sapatas isoladas em concreto
 Na figura superior da esquerda, vemos o corte esquemático de uma sapata, na superior a direita vemos a forma da sapata já posicionada sobre o concreto magro, na figura na inferior a direita a armadura de tração da sapata já se encontra posicionada, faltando a colocação do arranque do pilar, na inferior a direita a armadura do arranque já está posicionada.
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Fundações: Sapatas isoladas em concreto
 Nas figuras acima verifica-se a conclusão da concretagem da sapata e de seu tronco piramidal, no se topo é visível a armadura de arranque do pilar.
 Na figura inferior a sapata já se encontra desformada se pode observar a aplicação do gastalho que fixa a forma do arranque do pilar, verifica-se também o recorte na forma do arranque do pilar para o encaixe da forma das vigas baldrames.
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Fundações: sapatas isoladas em concreto
Seqüência de montagem das vigas baldrames:
 montagem das formas;
Colocação das armaduras; e,
Concretagem.
As vigas baldrames são responsáveis pela solidarização da fundação por sapatas isoladas e também pelo suporte das paredes do pavimento imediatamente acima.
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Fundações: sapatas isoladas em concreto
Seqüência de produção de uma sapata isolada
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Fundações: sapatas corridas em concreto
Sapata excêntrica
Sapata centrada
As sapatas corridas em concreto armado são utilizadas na confecção de estruturas com paredes estruturais autoportante. Ou seja, neste tipo de edificação, as paredes suportam as cargas das lajes e dos elementos sobre elas situados e transmitem estas cargas para o solo por intermédio das fundações corridas. Portanto, não esqueça, onde houver parede, haverá logo abaixo uma fundação corrida. 
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Fundações: Sapatas especiais
Um projeto econômico deve ser feito com o maior número possível de sapatas isoladas.
No caso de sapatas de pilares de divisa ou próximos a obstáculos onde não seja possível fazer com que o centro de gravidade da sapata coincida com o centro de carga do pilar, cria-se uma viga alavanca ligada entre duas sapatas (Figura da esquerda), de modo que um pilar absorva o momento resultante da excentricidade da posição do outro pilar.
No caso em que a proximidade entre dois ou mais pilares seja tal que as sapatas isoladas se superponham, deve-se executar uma sapata associada. A viga que une os dois pilares denomina-se viga de rigidez (Figura da direita), e tem a função de permitir que a sapata trabalhe com tensão constante.
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Fundações: Radier
Quando todas as paredes ou todos os pilares de uma edificação transmitem as cargas ao solo através de uma única sapata, tem-se o que se denomina uma fundação em radier.
Os radiers são elementos contínuos que podem ser executados em concreto armado, protendido ou em concreto reforçado com fibras de aço.
A utilização de sapatas corridas é adequada economicamente enquanto sua área em relação à da edificação não ultrapasse 50%. Caso contrário, é mais vantajoso reunir todas as sapatas num só elemento de fundação denominado radier (Figura abaixo). Este é executado em concreto armado, uma vez que, além de esforços de compressão, devem resistir a momentos provenientes dos pilares diferencialmente carregados, e ocasionalmente a pressões do lençol freático (necessidade de armadura negativa). O fato do radier ser uma peça inteiriça pode lhe conferir uma alta rigidez, o que muitas vezes evita grandes recalques diferenciais. Uma outra vantagem é que a sua execução cria uma plataforma de trabalho para os serviços posteriores; porém, em contrapartida, impõe a execução precoce de todos os serviços enterrados na área do radier (instalações sanitárias, etc.).
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Fundações: Radier
Podem ser executados dois tipos de sistemas com radier: sistema constituído por laje de concreto (flexível) e sistema de laje e vigas de concreto (sistema rígido).
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Fundações: Radier
Detalhe de posicionamento dos cabos de protenção.