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Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Boa noite SEJAM BEM VINDOS PROF: ANTONIO CELSO 1 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Boa noite Introdução a Fundações 2 Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. Introdução a Fundações 3 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Fundações são os elementos estruturais com função de transmitir as cargas da estrutura ao terreno onde ela se apoia (Azeredo, 1988). Assim, as fundações devem ter resistência para suportar às tensões causadas pelos esforços solicitantes. Além disso, o solo necessita de resistência e rigidez apropriadas para não sofrer ruptura e não apresentar deformações exageradas ou diferenciais. Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. Introdução a Fundações 4 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I O solo deve ter resistência e rigidez apropriada para não sofrer ruptura e não apresentar deformações exageradas ou diferenciais. O sistema de fundações é formado pelo emento estrutural do edifício que fica abaixo do solo (Podendo ser constituído por bloco, estaca ou tubulão, por exemplo) e o maciço de solo envolvente sob a base e ao longo do fuste. Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. Introdução a Fundações 5 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I A função das fundações, é suportar com segurança as cargas provenientes do edifício. Convencionalmente, o projetista estrutural repassa ao projetista de fundação as cargas que serão transmitidas aos elementos de fundação. Confrontando essas informações com as características do solo onde será edificado, o projetista de fundações calcula o deslocamento desses elementos e compara com os recalques admissíveis da estrutura, ou seja, primeira elabora-se o projeto estrutural e depois o projeto de fundação. Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. Introdução a Fundações 6 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Quando o projeto estrutural é elaborado em separado do projeto de fundação, considera- se, durante o dimensionamento das estruturas, que a fundação terá um comportamento rígido, indeslocável. Na realidade, tais apoios são deslocáveis e esse fator tem uma grande contribuição para uma redistribuição de esforços nos elementos da estrutura. Essa redistribuição ou nova configuração de esforços nos elementos estruturais, em especial nos pilares, provoca uma transferência das cargas dos pilares mais carregados para os pilares menos carregados. Geralmente os pilares centrais são os mais carregados que os da periferia. Ao considerarmos a interação solo-estrutura no dimensionamento da fundação, os pilares que estão mais próximos do centro terão uma carga menor do que a calculada, havendo uma redistribuição das tensões. Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. Introdução a Fundações 7 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Dessa forma, é possível estimar os efeitos da redistribuição dos esforços na estrutura do edifício, bem como a intensidade e a forma dos recalques diferenciais. Consequentemente, teremos um projeto otimizado, podendo-se obter uma economia que pode chegar a até 50% no custo de uma fundação. Torna-se clara a importância da união entre o projeto estrutural e o projeto de fundações em um único grande projeto, uma vez que os dois estão totalmente interligados e mudanças em um provocam reações imediatas no outro. Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. Parâmetros para a escolha da Fundação 8 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Para escolher a fundação mais adequada, deve-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). Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. Parâmetros para a escolha da Fundação 9 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I A estrutura de uma obra é constituída pelo “esqueleto” formado pelos elementos estruturais, tais como: lajes cinza, vigas (vermelho0, pilares (verdes) e fundações (azul). Fundação é o elemento estrutural que tem por finalidade transmitir as cargas de uma edificação para uma camada resistente do solo. Existem vários tipos de fundações e a escolha do tipo mais adequado é função das cargas da edificação e da profundidade da camada resistente do solo. Com base na combinação destas duas análises optar-se-á pelo tipo que tiver o menor custo e o menor prazo de execução. Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. Parâmetros para a escolha da Fundação 10 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I São diversas as variáveis a serem consideradas para a escolha do tipo de fundação. Numa primeira etapa, é preciso analisar os critérios técnicos que condicionam a escolha por um tipo ou outro de fundação. Os principais itens a serem considerados são: Topografia da área. • Dados sobre taludes e encostas no terreno, ou que possam atingir o terreno; • Necessidade de efetuar cortes e aterros. • Dados sobre erosões, ocorrências de solos moles na superfície; • Presença de obstáculos, como aterros com lixo ou matacões. Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. Parâmetros para a escolha da Fundação 11 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Características do maciço de solo Variabilidade das camadas e a profundidade de cada uma delas; Existência de camadas resistentes ou adensáveis; Compressibilidade e resistência do solo; A posição do nível d’ água. Dados da estrutura A arquitetura, o tipo e o uso da estrutura, como por exemplo, se consiste em um edifício, torre ou ponte, se há subsolo e ainda as cargas atuantes. Realizado esse estudo, descartamos as fundações que oferecem limitações de emprego para a obra em que se está realizando a análise. Teremos, ainda assim, uma gama de soluções que poderão ser adotadas. Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. Parâmetros para a escolha da Fundação 12 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Dados da estrutura Alguns projetistas de fundação elaboram projetos com diversas soluções, para que o construtor escolha o tipo mais adequado de acordo com o suto, disponibilidade financeira e o prazo desejado. Dessa forma, numa segunda etapa, consideram-se os seguintes fatores. Dados sobre as construções vizinhas. O tipo de estrutura e das fundações vizinhas; Existência de subsolo. Possíveis consequências de escavações e vibrações provocadas pela nova obra; Danos já existentes. Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. Parâmetros para a escolha da Fundação 13 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Aspectos econômicos Além do custo direto para a execução do serviço, deve-se considerar o prazo de execução. Há situações em que uma solução mais custosa oferece um prazo de execução menor, tornando-se mais atrativa. Podemos perceber que, para realizar a escolha adequada do tipo de fundação, é importante que a pessoa responsável pela contratação tenha o conhecimentodos tipos de fundação disponíveis no mercado e de suas características técnicas e ao mesmo tempo se adeque à realidade da obra. Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. As cargas da edificação 14 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I As cargas da edificação são obtidas por meio das plantas de arquitetura e estrutura, onde são considerados pesos próprios dos elementos constituintes e a sobrecarga ou carga útil a ser considerada nas lajes que são normalizadas em função de sua finalidade. Eventualmente, em função da altura da edificação deverá também ser considerada a ação do vento sobre a edificação. A tabela abaixo fornece o peso específico dos materiais mais utilizados nos elementos constituintes de uma construção. Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. As cargas da edificação 15 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. Investigação do subsolo 16 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I O reconhecimento do solo é o requisito primordial de um projeto de engenharia. O reconhecimento das condições do subsolo constitui pré-requisito para projetos de fundações seguros e econômicos. No brasil o custo envolvido na execução de sondagens de reconhecimento varia normalmente entre 0,2% e 0,5% do custo total da obra sendo as informações obtidas indispensáveis à previsão dos custos fixos associados ao projeto e sua solução. (SCHNAID, 2000). Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. Investigação do subsolo 17 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Na grande maioria dos casos, a avaliação e o estudo das características do subsolo do terreno sobre o qual será executada a edificação se resume em sondagens de simples reconhecimento (Sondagem à percussão), mas dependendo do porte da obra ou se as informações obtidas não forem satisfatórias, outros tipos de pesquisas serão executados (por exemplo, poços exploratórios, ensaio de penetração contínua, ensaio de palheta). Características como: número de pontos de sondagem, seu posicionamento no terreno (levando-se em conta a posição relativa do edifício) e a profundidade a ser atingida são determinadas por profissional capacitado, baseado em normas brasileiras e na sua experiência (Brito, 1987) Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. 18 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Investigação do subsolo Tendo-se executado as sondagens corretamente, as informações são condensadas e apresentadas em um relatório escrito e outro gráfico, que deverá conter as seguintes informações referentes ao subsolo estudado: - Locação dos furos de sondagem; - Determinação dos tipos de solo até a profundidade de interesse do projeto; - Determinação das condições de compacidade, consistência e capacidade de carga de cada tipo de solo; - Determinação da espessura das camadas e avaliação da orientação dos planos que as separam; - Informação do nível do lençol freático. Estes dados obtidos através de sondagem retratam as características e propriedades do subsolo e, depois de avaliados e minunciosamente estudados, servem de base técnica para a escolha do tipo de fundação que melhor se adapte ao terreno. Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. 19 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Sondagens A sondagem é realizada contando o número de golpes necessários à cravação de parte dde um amostrador no solo realizada pela queda livre de um martelo de massa e altura de queda padronizada. A resistência a penetração dinâmica no solo medida é denominada SPT – Standart Penetration test. A execução da 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 55 cm utilizando um trado manual ou através de jato de água, e o restante dos 45 cm é utilizado para a realização do ensaio de penetração. As fases de ensaio e de amostragem são realizadas simultaneamente, utilizando um tripé, um martelo de 65 kg, uma haste e o amostrador. (Godoy, 1971). Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. 20 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I 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. Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. 21 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Tipos de Fundações As fundações se classificam em diretas e indiretas, de acordo com a forma de transferência de cargas da estrutura para o solo onde ela se apoia. Fundações diretas São aquelas que transferem as cargas para camadas de solo capazes de suportá-las (FABIANI, s.d), sem deformar-se exageradamente. Esta transmissão é feita através da base do elemento estrutural da fundação, considerando apenas o apoio da peça sobre a camada do solo, sendo desprezada qualquer outra forma de transferência das cargas (Brito, 1987). As fundações diretas podem ser subdivididas em rasas e profundas. Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. 22 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Tipos de Fundações Fundação rasa Se caracteriza quando a camada de suporte está próxima à superfície do solo (profundidade até 2,5m) (Fabiani, s.d), ou quando a cota de apoio é inferior à largura do elemento da fundação (Brito, 1987). Por outro lado, a fundação é considerada profunda se suas dimensões ultrapassam todos os limites acima mencionados. Fundações indiretas São aquelas que transferem as cargas por efeito de atrito lateral do elemento com o solo e por feito de ponta (FABIANI, s.d). As fundações indiretas são todas profundas, devido às dimensões das peças estruturais (BRITO, 1987). Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. 23 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Tipos de Fundações O que caracteriza, principalmente uma fundação rasa ou direta é o fato da distribuição de carga. Quando a carga distribuída do pilar para o solo ocorrer pela base do elemento de fundação, sendo que, a carga aproximadamente pontual que ocorre no pilar, é transformada em carga distribuída, num valor tal, que o solo seja capaz se suportá-la. Outra característica da fundação direta é necessidade da abertura da cava de fundação para a construção do elemento de fundação no funda da cava. A fundação profunda, a qual possui grande comprimento em relação a sua base, apresenta pouca capacidade de suporte pela base, porém grande capacidade de carga devido ao atrito lateral do corpo do elemento de fundação com o solo. A fundação profunda, normalmente, dispensa abertura de fundação, constituindo-se por exemplo, um elemento cravado por meio de uma bate-estaca. Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. 24 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Tipos de Fundações – Diretas Distribuição de carga do pilar para o solo ocorre pela base do elemento de fundação Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. 25 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Tipos de Fundações – Indiretas Distribuição de carga do pilar para o solo ocorre por efeito de atrito lateraldo elemento com o solo e por efeito de ponta. Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. 26 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Fundações superficiais ou rasas ou diretas Em projetos de construções rurais são usadas principalmente fundações diretas, tendo em vista, que as cargas são relativamente pequenas, não exigindo da camada do solo de apoio uma grande resistência. As fundações diretas classificam-se em: • Blocos de fundações • Baldrames • Radier • Viga de fundação. • Sapata associada. Na sequencia - Os diferentes tipos de fundação direta. Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. 27 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Fundações superficiais ou rasas ou diretas As fundações diretas são empregadas onde as camadas do subsolo, logo abaixo da estrutura, são capazes de suportar as cargas. São aquelas que são dimensionadas de forma a distribuírem o peso da construção no solo para que a pressão exercida sobre o solo seja compatível com a sua resistência (do solo). Descrevemos com mais detalhes as fundações diretas mais comuns para obras de pequeno porte. Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. 28 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Fundações superficiais ou rasas ou diretas Fundações diretas: Sapatas Elemento de fundação superficial de concreto armado, dimensionado de modo que as tensões de tração nele produzidas não podem ser resistidas apenas pelo concreto, de que resulta o emprego de armadura. Pode ter espessura constante ou variável e sua base em planta é normalmente quadrada, retangular ou trapezoidal; Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. 29 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Fundações superficiais ou rasas ou diretas Fundações diretas em blocos: Elemento de fundação superficial de concreto, geralmente dimensionado de modo que as tensões de tração nele produzidas possam ser resistidas pelo concreto, sem necessidade de armadura. Pode ter as faces verticais, inclinadas ou escalonadas e apresentar planta de seção quadrada, retangular, triangular ou mesmo poligonal; O que caracteriza a fundação em blocos é o fato da distribuição de carga para o terreno ser aproximadamente pontual, ou seja, onde houver pilar existirá um bloco de fundação distribuindo a carga do pilar para o solo Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. 30 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Fundações superficiais ou rasas ou diretas Fundações diretas em blocos: Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. 31 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Fundações superficiais ou rasas ou diretas Sapatas associadas: Sapata comum a vários pilares, cujos centros, em planta, não estejam situados em um mesmo alinhamento. Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. 32 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Fundações superficiais ou rasas ou diretas Sapatas associadas: Sapata comum a vários pilares, cujos centros, em planta, não estejam situados em um mesmo alinhamento. Um projeto econômico deve ser feito com o maior número possível de sapatas isoladas. 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 3.6), e tem a função de permitir que a sapata trabalhe com tensão constante (BRITO,1987). Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. 33 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Fundações superficiais ou rasas ou diretas Sapatas associadas: CONTROLE DE EXECUÇÃO – locação do centro da sapata e do eixo do pilar; – cota do fundo da vala; – limpeza do fundo da vala; – nivelamento do fundo da vala; – dimensões da forma da sapata; – armadura da sapata e do arranque do pilar; Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. 34 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Fundações superficiais ou rasas ou diretas Radier: 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. Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. 35 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Fundações superficiais ou rasas ou diretas Radier: • 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 (BRITO,1987). • 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.). Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. 36 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Fundações superficiais ou rasas ou diretas Radier: • CONTROLE DE EXECUÇÃO • – locação dos eixos dos pilares; • – cota do fundo da escavação; • – nivelamento do fundo da escavação; • – colocação dos componentes das instalações e passagens, enterrados. Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. 37 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Radier: Em geral, devem-se considerar os seguintes cuidados na execução de fundações diretas ou rasa: Executar o escoramento adequado na escavação das valas com profundidade maiores que 1,5 m, quando o solo for instável. Consolidar o funda da vala, com a regularização e compactação do material (apiloamento). Executar o lastro magro de concreto (5 a 10 cm de espessura), para melhor distribuir as cargas quando se tratar de alicerces de alvenaria de tijolos ou pedras, ou proteger o concreto estrutural, quando se tratar de sapatas; Determinar um sistema de drenagem para viabilizar a execução, quando houver necessidade. Construir uma cinta de amarração a fim de absorver esforços não previstos, recalques diferenciais, distribuir o carregamento e combater os esforços horizontais. Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. 38 Curso: Engenharia Civil – 4º Semestre Disciplina: Tecnologia de Construção I Radier: CONTROLE DE EXECUÇÃO • – locação dos eixos dos pilares; • – cota do fundo da escavação; • – nivelamento do fundo da escavação; • – colocação dos componentes das instalações e passagens, enterrados. • - Determinar um processo de impermeabilização da fundação acima do soco, para não permitir a percolação capilar; Professor : Engº Civil - Antonio Celso S Jr. Bibliografia GODOY, Nelson S., Investigação do subsolo para fundações, USP-EESC 1971. GANDOLFI, Nilson et al. Geologia para Engenheiros Civis. Publicação 048/92 EESC-USP VELLOSO, Dirceu A.; LOPES, Francisco. Fundações volumes I e II. Editora Oficina de Textos, 2004. HACHICH, Waldemar. Et al. Fundações: Teoria e Prática, São Paulo, PINI, 1996. BIBLIOGRAFIA __________, Notas de Aula, Fundações. PCC 435. São Paulo, EPUSP, s.d.. ALONSO, Urbano Rodriguez. Fundações e infraestruturas-palestras. 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