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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. Fundações Paulo Albuquerque 2 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. Fundações Paulo Albuquerque 3 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) Fundações Paulo Albuquerque 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) Fundações Paulo Albuquerque 5 Figura 1.6 – Clam-shell Figura 1.7 - Concretagem de estaca barrete. Fundações Paulo Albuquerque 6 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. Fundações Paulo Albuquerque 7 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. Fundações Paulo Albuquerque 8 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.
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