Tipos de Fundações na Engenharia Civil

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ENGENHARIA CIVIL 
 
FUNDAÇÕES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FUNDAÇÕES 
 
 
 
 
PROF . DR. PAULO ALBUQUERQUE 
 
 
NOTAS DE AULA 1.1 
 
 
 
 
 
 
 
 
2004 
 
 
 ii
SUMÁRIO 
 
 
1. TIPOS DE FUNDAÇÕES ........................................................................... 1 
1.1 Fundações Rasas ou Diretas (H £ B).............................................................................................1 
1.1.1. Blocos de Fundação ..............................................................................................................1 
1.1.2. Sapatas de Fundação............................................................................................................2 
1.1.3. Radier.....................................................................................................................................2 
1.2. FUNDAÇÕES PROFUNDAS...........................................................................................................3 
1.2.1. Estacas....................................................................................................................................3 
1.2.2.1. Moldadas “in-loco”............................................................................................................3 
1.2.3. Tubulões ............................................................................................................................. 19 
2. NBR 6122 / 96 – PROJETO E EXECUÇÃO DE FUNDAÇÕES........................... 22 
2.1. Fundação Superficial (ou rasa ou direta)................................................................................. 22 
2.1.1. Sapata ................................................................................................................................. 22 
2.1.2. Bloco ................................................................................................................................... 22 
2.1.3. Radier.................................................................................................................................. 22 
2.1.4 Sapata associada........................................................................................................... 22 
2.1.5. Viga de fundação............................................................................................................... 22 
2.1.6. Sapata corrida..................................................................................................................... 23 
2.2. Fundação Profunda ................................................................................................................... 23 
2.2.1. Estaca .................................................................................................................................. 23 
2.2.2. Tubulão............................................................................................................................... 23 
2.2.3. Caixão.................................................................................................................................. 23 
2.3. Termos........................................................................................................................................ 23 
2.4. Investigações geotécnicas, geológicas e observações locais............................................. 24 
2.4.1. Reconhecimento geológico .............................................................................................. 25 
2.4.2. Reconhecimento geotécnico............................................................................................. 25 
2.5. Cargas e segurança nas fundações .......................................................................................... 25 
2.5.1. Estados Limites Últimos – Análise de Ruptura ................................................................. 26 
2.5.2. Estados Limites de Utilização – Análise de Deformação ................................................. 27 
2.6. Fundações Superficiais.............................................................................................................. 27 
 
 iii
2.6.1. Pressão admissível .............................................................................................................. 27 
2.7. Metodologia para determinação da pressão admissível ........................................................ 28 
2.7.1. Pressão admissível em solos compressíveis ...................................................................... 28 
2.8. Solos expansivos........................................................................................................................ 28 
2.9. Solos colapsíveis........................................................................................................................ 29 
2.10. Dimensionamento de Fundações Superficiais...................................................................... 29 
2.10.1. Dimensionamento geométrico ................................................................................ 29 
2.10.2. Dimensionamento estrutural .......................................................................................... 29 
2.10.2. Disposições construtivas.................................................................................................. 30 
2.11. Fundações Profundas.............................................................................................................. 31 
2.11.1. Carga admissível do ponto de vista geotécnico ............................................................ 31 
2.11.2. Métodos para avaliação da capacidade de carga do solo............................................ 32 
2.11.2.1. Métodos estáticos..................................................................................................... 32 
2.11.2.2. Provas de carga ......................................................................................................... 32 
2.11.2.3. Métodos dinâmicos .................................................................................................. 34 
2.11.3. Carga admissível a partir do recalque............................................................................. 34 
2.12. Atrito lateral............................................................................................................................ 34 
2.13. Tração e Esforços Horizontais................................................................................................. 35 
2.14. Efeito de Grupo....................................................................................................................... 35 
3. CAPACIDADE DE CARGA DE FUNDAÇÃO DIRETA ......................................... 35 
3.1. Fórmulas de Capacidade de Carga........................................................................................... 36 
3.1.1. Fórmula Geral de Terzaghi (1943 ) ................................................................................... 37 
3.1.1.1. Ruptura Geral (areias compactas e argilas duras)..................................................... 38 
3.1.1.2. Ruptura Local (areias fofas e argilas moles).............................................................. 39 
3.1.1.3. Ruptura Intermediária (areias medianamente compactas e argilas médias).......... 39 
3.1.1.4. Coeficientes de redução dos fatores de capacidade de carga para esforços 
inclinados .................................................................................................................................. 39 
3.1.1.5. Influência do Nível d’Água......................................................................................... 40 
3.1.1.5. Critério para interpolação:.......................................................................................... 41 
3.1.2. Fórmula de Skempton(1951) - Argilas............................................................................. 41 
3.2. Método da NBR 6122/96.......................................................................................................... 42 
3.2.1.– Correção para Solo Arenoso (Classe de 4 a 9) ............................................................... 42 
3.2.2. Correção para solo argiloso (Classe de 10 a 15).............................................................. 43 
 
 iv
3.2.3. Para qualquer solo ............................................................................................................. 43 
3.3. Prova de Carga em Fundação Direta ou Rasa.......................................................................... 44 
3.4. Influência das Dimensões das Fundações nos Resultados de Provas de Carga .................... 46 
4. RECALQUES DE FUNDAÇÕES DIRETAS....................................................... 48 
4.1. Recalques de Estruturas ............................................................................................................ 49 
4.2. Efeito de Recalques em Estruturas ........................................................................................... 50 
4.2.1.Recalques Admissíveis das Estruturas ................................................................................ 50 
4.2.2. Causas de Recalques .......................................................................................................... 51 
4.2.3. Recalques Limites (Bjerrum – 1963) ................................................................................. 51 
4.3. Pressões de Contato e Recalques ............................................................................................. 52 
4.3.1. Solos Arenosos ................................................................................................................... 53 
4.3.2. Solos Argilosos ................................................................................................................... 54 
4.4. Cálculo dos Recalques............................................................................................................... 55 
4.4.1 Recalques por Adensamento – Solos Argilosos ................................................................ 55 
4.4.2. Recalque Elástico................................................................................................................ 57 
5. DIMENSIONAMENTO DE FUNDAÇÕES POR SAPATAS ..................................... 59 
5.1.Sapatas Isoladas.......................................................................................................................... 59 
5.2. Sapatas Associadas.................................................................................................................... 62 
5.3. Sapatas de Divisa....................................................................................................................... 63 
6. FUNDAÇÕES PROFUNDAS...................................................................... 70 
7. TUBULÕES ........................................................................................ 70 
7.1. Tubulões a céu aberto............................................................................................................... 70 
7.1.1. Sem revestimento............................................................................................................... 71 
7.1.2. Com Revestimento ............................................................................................................. 71 
7.2. Tubulões a Ar Comprimido ou Pneumáticos........................................................................... 72 
7.3. Capacidade de Carga dos Tubulões......................................................................................... 74 
7.3.1. Solos Coesivos .................................................................................................................... 75 
7.3.2.1. Resistência Lateral....................................................................................................... 76 
7.3.3. Solos Não Coesivos ............................................................................................................ 78 
7.3.3.1. Resistência Lateral....................................................................................................... 79 
7.3.4. Ensaio de campo – SPT e CPT............................................................................................ 80 
7.3.4.1. Solos Coesivos - Resistência Lateral ........................................................................... 81 
 
 v
7.3.4.2. Solos Coesivos - Resistência de Base ......................................................................... 81 
7.3.4.2. Solos não coesivos – Resistência de Base.................................................................. 81 
7.3.4. Considerações Finais.......................................................................................................... 82 
7.4. Dimensionamento de Tubulões ............................................................................................... 82 
7.4.1. Tubulão Isolado.................................................................................................................. 82 
7.4.2. Superposição de Bases....................................................................................................... 84 
7.4.2.1. Uma falsa Elipse .......................................................................................................... 85 
7.4.2.2. Duas Falsas Elipses ...................................................................................................... 85 
7.4.3. Pilares de Divisa.................................................................................................................. 86 
7.4.4. Cálculo do Volume de Concreto ....................................................................................... 87 
7.4.4.1. Tubulão com base circular ......................................................................................... 88 
7.4.4.2. Tubulão com base em “falsa elipse” ......................................................................... 88 
7.4.4.3. Tabela de cálculo de volume (Exemplo) ................................................................... 88 
8. ESTACAS.......................................................................................... 89 
8.1. Classificação das Estacas ........................................................................................................... 89 
8.2. Implantação ............................................................................................................................... 90 
8.2.1. Pré-fabricadas: .................................................................................................................... 90 
8.2.1.1 Madeira......................................................................................................................... 90 
8.2.1.2. Concreto: ..................................................................................................................... 90 
8.2.1.3. Metálicas:..................................................................................................................... 90 
8.2.1.4. Mistas:.......................................................................................................................... 90 
8.2.2. Moldadas in loco:............................................................................................................... 90 
8.2.2.1. Estacas brocas (acima do NA) .................................................................................... 90 
8.2.2.2. Estacas Strauss (acima do NA)....................................................................................91 
8.2.2.3. Estacas Simplex (abaixo do NA) ................................................................................. 91 
8.2.2.4. Estacas Duplex (abaixo do NA) .................................................................................. 91 
8.2.2.5. Estacas Franki (abaixo do NA) .................................................................................... 91 
8.2.2.6. Estacas Escavadas- com ou sem lama bentonítica.................................................... 91 
8.2.2.7. Estacas Raiz (abaixo do NA) ....................................................................................... 91 
8.2.2.8. Estacas Barrete (abaixo do NA) .................................................................................. 91 
8.2.2.9. Estacas Hélice Contínua.............................................................................................. 91 
8.2.2.10. Estacas Ômega.......................................................................................................... 91 
8.3. Estacas de Sustentação ............................................................................................................. 91 
 
 vi
8.3.1. Forma de Trabalho de Sustentação .................................................................................. 91 
8.4. Capacidade de Carga de Estacas Isoladas................................................................................ 93 
8.4.1. Fórmulas Estáticas (FS=2,0 – global NBR 6122) ............................................................. 93 
8.4.1.1. Fórmulas Teóricas........................................................................................................ 93 
8.4.1.2. Fórmulas Semi-Empíricas............................................................................................ 97 
8.4.1.3. Fórmulas Dinâmicas..................................................................................................103 
8.4.1.4. Provas de Carga.............................................................................................................105 
8.5. Dimensionamento...................................................................................................................105 
8.6. Estacas Isoladas e Grupos de Estacas. ....................................................................................111 
8.6.1. Fórmula das Filas e Colunas.............................................................................................111 
8.6.2. Fórmula de Converse-Labarre ..........................................................................................113 
8.6.3. Método de Feld ................................................................................................................113 
9. CARREGAMENTO HORIZONTAL EM ESTACAS ............................................ 114 
10. CARREGAMENTO À TRAÇÃO .............................................................. 116 
11. PREVISÃO DE RECALQUES ................................................................. 118 
11.1. Método de POULOS & DAVIS (1968) ..................................................................................118 
11.2- Método de VÉSIC (1969, 1975)...........................................................................................123 
11.3. Método de AOKI & LOPES (1975)........................................................................................125 
12. ESCOLHA DO TIPO DE FUNDAÇÃO....................................................... 126 
12.1. Deverão ser conhecidas no mínimo:....................................................................................126 
12.2. Critérios de decisão:..............................................................................................................126 
12.3. Etapas para estudo de uma fundação:................................................................................127 
12.4. Limitações de alguns tipos de fundações profundas. ........................................................128 
REFERÊNCIAS BIBLOGRÁFICAS........................................................... 130 
 
 
 
 
 
 
 
Fundações Paulo Albuquerque 
 1
1. TIPOS DE FUNDAÇÕES 
· Fundações Rasas ou Diretas 
· Fundações Profundas 
1.1 FUNDAÇÕES RASAS OU DIRETAS (H £ B) 
Elementos de fundação em que a carga é transmitida ao terreno, predominantemente 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 (B). Incluem-
se neste tipo de fundação as sapatas, os blocos, os radiers, as sapatas associadas, as vigas de 
fundação e as sapatas corridas. 
Para o caso de fundações apoiadas em solos de elevada porosidade, não saturados, deve ser 
analisada a possibilidade de colapso por encharcamento, pois estes solos são potencialmente 
colapsíveis. Em princípio devem ser evitadas fundações superficiais apoiadas neste solo, a não 
ser que sejam feitos estudos considerando-se as tensões a serem aplicadas pelas fundações e a 
possibilidade de encharcamento do solo. 
1.1.1. BLOCOS DE FUNDAÇÃO 
 
Figura 1.1 – Bloco escalonado. 
 
Blocos de fundação ® Assumem a forma de bloco escalonado, ou pedestal, ou de um tronco de 
cone. Alturas relativamente grandes e resistem principalmente por compressão. 
 
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1.1.2. SAPATAS DE FUNDAÇÃO 
 
Figura 1.2 – Sapata isolada. 
 
Sapatas (isoladas ou associadas) ®. São elementos de apoio de concreto, de menor altura que os 
blocos, que resistem principalmente por flexão. 
Sapatas podem ser: 
- circulares - (B = Æ) 
- quadradas - ( L = B ) 
- retangulares - ( L > B ) e ( L £ 3B ou L £ 5B ) 
- corridas - ( L > 3B ou L > 5B ) 
1.1.3. RADIER 
Quando todos pilares de uma estrutura transmitirem as cargas ao solo através de uma única 
sapata. Este tipo de fundação envolve grande volume de concreto, é relativamente onerosa e de 
difícil execução. Quando a área das sapatas ocuparem cerca de 70 % da área coberta pela 
construção ou quando se deseja reduzir ao máximo os recalques diferenciais. 
 
 
Figura 1.3 – Radier. 
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1.2. FUNDAÇÕES PROFUNDAS 
1.2.1. ESTACAS 
Elementos bem mais esbeltos que os tubulões, caracterizados pelo grande comprimento e 
pequena secção transversal. São implantados no terreno por equipamento situado à superfície. 
São em geral utilizados em grupo, solidarizadas por um bloco rígido de concreto armado ( bloco 
de caroamento). 
P £ RL + RP onde RL = Resistência Lateral e RP = Resistência de Ponta 
 
Estacas quanto ao carregamento: Ponta, Atrito, Ação Mista, Estacas de Compactação, Estacas de 
Tração e Estacas de Ancoragem 
 
1.2.2.1. MOLDADAS “IN-LOCO” 
1.2.2.1.1. ESTACA ESCAVADA MECANICAMENTE (S / LAMA) 
 
Figura 1.4 – Caminhão com perfuratriz. 
- Acima do N.A. 
- Perfuratrizes rotativas 
- Profundidades até 30m 
- Diâmetros de 0,20 a 1,70m (comum até 0,50m) 
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 4
 
Figura 1.5 – Detalhe do elemento de escavação. 
1.2.2.1.2. ESTACA ESCAVADA (C/LAMA BENTONÍTICA) 
A lama tem a finalidade da dar suporte a escavação. Existem dois tipos: estacões (circulares f=0,6 
a 2,0m – perfuradas ou escavadas) e barretes ou diafragma (retangularou alongadas, escavadas 
com “clam-shells” - Figura 1.6). 
Processo executivo: 
a) Escavação e preenchimento simultâneo da estaca com lama bentonítica previamente 
preparada; 
b) Colocação da armadura dentro da escavação cheia de lama; 
c) Lançamento do concreto, de baixo para cima, através de tubo de concretagem (tremonha) 
Fatores que afetam a escavação: 
i) Condições do subsolo (matacões, solos muito permeáveis, camadas duras etc); 
ii) Lençol freático (NA muito alto dificulta a escavação); 
iii) Lama bentonítica (qualidade); 
iv) Equipamentos e plataforma de trabalho (bom estado de conservação); 
v) Armaduras (rígidas) 
 
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Figura 1.6 – Clam-shell 
 
 
Figura 1.7 - Concretagem de estaca barrete. 
 
 
 
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1.2.2.1.3. ESTACA RAIZ 
São aquelas em que se aplicam injeções de ar comprimido imediatamente após a moldagem do 
fuste e no topo do mesmo, concomitantemente a remoção do revestimento. Neste tipo de estaca 
não se utiliza concreto e sim argamassa. 
 
 
Figura 1.8 – Processo executivo de estaca raiz. 
 
 
Figura 1.9 – Execução de estaca raiz. 
 
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1.2.2.1.4. ESTACA STRAUSS 
Duas fases: perfuração (sonda ou piteira), colocação do tubo de revestimento recuperável 
(simultaneamente) e lançamento do concreto. A concretagem é feita com apiloamento e retirada 
da tubulação (guincho manual ou mecânico). Diâmetros de 0,25 a 0,62m. 
Vantagens: 
- Ausência de trepidação; 
- Facilidade de locomoção dentro da obra; 
- Possibilidade de verificar corpos estranhos no solo; 
- Execução próximo à divisa. 
 
Cuidados: 
· Quando não conseguir esgotar água do furo não deve executar; 
· Presença de argilas muitos moles e areias submersas; 
· Retirada do tubo. 
 
 
Figura 1.10 – Execução de estaca Strauss. 
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Figura 1.11 – Elemento de perfuração da estaca Strauss. 
 
1.2.2.1.5. ESTACA APILOADA 
Também conhecida como soquetão ou estaca pilão. Utiliza-se o equipamento do tipo Strauss sem 
revestimento. Sua execução consiste na simples queda de um soquete, com massa de 300 a 
600kg, abrindo um furo de 0,20 a 0,50m, que posteriormente é preenchido com concreto. É 
possível executar em solos de alta porosidade, baixa resistência e acima do NA. Muito utilizada no 
interior do Estado de São Paulo, principalmente na região de Bauru. Determinadas áreas da 
região de Sorocaba também é possível executar este tipo de fundação. Ex: região leste.