Fundações Introdução Aula 3

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1. INTRODUÇÃO
Palavras-chave: ruptura e resistência, deformação e recalque, recalque admissível.
1.1 Definição
a) Fundação: é o elemento que faz a interface entre a superestrutura e o terreno (BOWLES,1977). Essa definição tradicional, em que o elemento estrutural é a própria fundação, consta, implicitamente, na NBR 6122/1996 – Projeto e execução de fundações, da ABNT. AOKI e CINTRA (1999) optaram por uma nova definição, em que ELEMENTO ISOLADO DE FUNDAÇÃO é o sistema composto pelo elemento estrutural e pelo maciço de solo que o envolve.
As fundações são, geralmente, classificadas como RASAS ou PROFUNDAS, dependendo da profundidade da base do elemento estrutural de fundação. Teoricamente, o mecanismo de ruptura de uma fundação profunda não atinge a superfície. Tipicamente os mecanismos de ruptura de base, atingem, acima dela, até duas vezes a sua menor dimensão.
b) Fundação Rasa 
Bloco
Sapata
Sapata corrida
Viga de fundação
Grelha
Sapata associada
Radier
b) Fundação Profunda 
Estaca
Tubulão
Caixão
1.2 Elementos necessários ao projeto
a) Topografia
b) Dados geotécnicos
c) Dados da estrutura
d) Condições locais e de construções vizinhas
e) Aspectos executivos
De posse dessas informações analisa-se a possibilidade de escolha dentre os vários tipos de fundação, de acordo com a VIABILIDADE TÉCNICA e ECONÔMICA de execução.
1.3 Requisitos para um projeto de fundações
Em geral as fundações devem ter:
a) Segurança adequada à ruptura do solo e à ruptura do elemento estrutural de fundação;
b) Deformação aceitáveis sob condições de trabalho.
Outros requisitos, para certos tipos de obra, são:
Segurança ao tombamento e deslizamento; Flambagem; Níveis de vibração.
1.4 Exemplos de problemas em fundações
Quando os requisitos mencionados não são atendidos, então podem ocorrer problemas. Alguns exemplos são os seguintes.
1.4.1 Ruptura do solo
Quando a ruptura é atingida, o terreno desloca-se, arrastando consigo a fundação, como mostrado na Figura 1.
Fig.1 – Ruptura do solo de fundação
Não são comuns. Um exemplo clássico é o caso indicado na Figura 2. Trata-se de um conjunto de silos apoiado sobre um RADIER com 23m de largura por 57m de comprimento
Fig.2– Ruptura do solo de fundação de silos
Em conseqüência de uma assimetria de carregamento houve a ruptura do solo de fundação e o colapso da obra.
1.4.2 Deformação excessiva
a) Torre de Pisa: fundação superficial apoiada em solo heterogêneo (presença de solo mais deformável em um dos “lados” da torre). Recalques diferenciais geraram desaprumo de 4 m.
Fig.3 - Torre de Pisa
b) Santos: edifícios altos construídos até a década de 70, com fundações rasas na camada superficial de areia (pouca espessa). O bulbo de tensões atinge a camada de argila mole localizada logo abaixo, gerando recalques da ordem de 30 cm. Dois edifícios muito próximos provocam a intersecção dos bulbos de tensões, causando desaprumo visível a olho nu, em ambos.
Fig.4 - Edifícios inclinados na orla de Santos
1.5 Conceito de bulbo de tensões
Experiências mostraram que ao se aplicar uma carga na superfície de um terreno, em área definida, os acréscimos de tensão (Δσ) não se limitam à projeção da área carregada, mas também nas laterais. Além disso, ao longo da profundidade “z” a tensão σ se propaga com o solo funcionando como um amortecedor.
Denomina-se isóbara a superfície obtida unindo-se os pontos em que os acréscimos de tensão (Δσ) são de mesmo valor (mesmo percentual da σ0 aplicada na superfície). Para efeitos práticos, considera-se que valores de tensão inferiores a 10% da σ aplicada na superfície não tem mais efeito de deformabilidade no solo de fundação. Assim, a isóbara (σz = 0,1. σ0) limitaria a zona, dentro da qual, em termos práticos, o solo estaria sujeito a deformações. Usualmente refere-se a essa isóbara, com o termo BULBO DE TENSÕES.
1.6 Distribuição de tensões verticais no solo por efeito de sobrecargas
A teoria mais antiga e mais simples (Kollbrunner, 1946 apud Barata,1984) para distribuição de tensões verticais no solo admite que a carga Q ( ou tensão σ) distribui-se uniformemente ao longo da profundidade, segundo um ângulo de espraiamento com a vertical (de 26,5º a 45º, em geral; quanto mais resistente o solo maior o ângulo). Essa hipótese contraria as observações experimentais, que verificam que a distribuição não é uniforme, mas em forma de sino. Entretanto, em face de sua simplicidade, ainda é usada. Ressalta-se que para estruturas rígidas, ou para grandes profundidades, a distribuição tende a ser uniforme. A Figura 3 mostra a aplicação dessa teoria, considerando um espraiamento 2:1, isto é, um ângulo de espraiamento de, aproximadamente, 26,5º. 
Fig. 3 - Propagação de tensões pelo método 2:1
Por esse método o acréscimo de tensão (Δσ) a uma profundidade z pode ser determinado pela equação seguinte.
Para o caso de B = L, o acréscimo de tensão (Δσ),
Na profundidade z = B: Δσ = σ/4 = 25% σ
Na profundidade z = 2B: Δσ = σ/9 = 10 % σ
Por essa teoria simplificada nota-se que, para superfícies quadradas, o bulbo de tensões atingiria uma profundidade z = 2B.
Por intermédio da Teoria da Elasticidade e de resultados experimentais pode-se determinar valores práticos de profundidade atingida pelo bulbo de tensões.
1.7 Exemplos de interação entre bulbos de tensão
Casos dos edifícios na orla de Santos-SP.
a) Dois edifícios construídos simultaneamente
 
b) Edifício B construído muito depois do edifício A
1.8 Investigação do subsolo
Os materiais típicos de construção, concreto e aço, podem ser fabricados com características impostas ou especificadas. Ao contrário, o solo é um material natural e, portanto, muito variável. Em geral, não há como impor-lhe características desejadas; a alternativa é estudá-las como elas são.
1.9 Sondagem de Simples Reconhecimento (Sondagem à percussão ou Standard Penetration Test – SPT)
A sondagem é normatizada pela ABNT. Consultar as normas:
• NBR 6484 – Execução de Sondagens de Simples Reconhecimento dos Solos.
• NBR 7250 – Identificação e descrição de amostras de solos obtidos em sondagens de simples reconhecimento dos solos.
• NBR 8036 – Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios.
Etapas da sondagem:
I – perfuração;
II – amostragem;
III – ensaio penetrométrico (penetração
dinâmica).
As etapas I e II são alternadas, enquanto a II e III são executadas simultaneamente, em cada metro da sondagem. A perfuração é feita com trado até o N.A. e com sistema de circulação de água após encontrar o N.A. A amostragem é obtida com a cravação de 45cm, em cada metro, de um amostrador padronizado.
A partir das amostras, pode-se inferir as camadas de 
solo (tipo e espessura) presentes ao longo do furo de sondagem.
No ensaio penetrométrico faz-se a contagem do número de golpes para cravar cada 15 cm do amostrador, por meio de um peso de 65 kg, caindo de uma altura de 75 cm. Conforme a figura a seguir, inicialmente perfura-se 1,0 m e depois, a cada metro, tem-se 0,45 m para amostragem e ensaio penetrométrico, seguidos de 0,55 m de perfuração. No primeiro metro não é feita nem a amostragem nem o ensaio penetrométrico.
Para cada metro de sondagem, exceto o primeiro, obtém-se uma amostra (deformada) e três “leituras” do ensaio penetrométrico (N1, N2 e N3), conforme indicado na figura a seguir.
A partir desses valores, define-se o índice de resistência à penetração como sendo a soma do número de golpes dos últimos 30 cm de penetração (despreza-se a primeira “leitura”):
N = N2 + N3 (golpes/30cm)
Simbologias utilizadas:
N = SPT = NSPT
Assim a sigla SPT ora representa o ensaio, ora o índice de resistência à penetração.
Há correlações empíricas que utilizam o valor de N para estimar parâmetros de interesse para projeto.Há correlações, gráfico e tabelas para parâmetros de resistência e peso específico, em função de N.
Outro objetivo do ensaio é a determinação do nível d’água, o qual pode ser observado durante o processo de perfuração e confirmado no dia seguinte após o término da sondagem. No boletim de sondagem deve também constar a data da determinação do nível d’água.
A não realização de sondagens, ou seja a não disponibilidade de informações em uma obra, pode ter conseqüências imprevisíveis: falta/excesso de segurança, custo elevado da fundação, etc.
Desse modo deve-se exigir sempre a execução de
sondagens para se projetar uma fundação. É papel do engenheiro civil conscientizar o proprietário da importância e necessidade das sondagens. Mas como a sondagem é uma prestação de serviço, cuidado: há sondagens e sondagens. Existem empresas de sondagem que a realizam mal e outras
que são inidôneas, por isso não se deveria contratar sondagens pelo critério do menor preço.