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PROJETO DE FUNDAÇÕES ALFRAN SAMPAIO MOURA, D.Sc. Universidade Federal do Ceará UFCUniversidade Federal do Ceará - UFC Fundações 2.1 Tipos de Fundações - Blocos S Fundações Diretas - Sapatas - Sapatas associadas - Vigas de fundação Tipos de Fundações Diretas F d õ - Vigas de fundação - Radiers E tFundações Profundas - Estacas - Tubulões - CaixõesCaixões Fundações Fundação direta x Fundação profundaFundação direta x Fundação profunda Cota de assentamento: < ou > 2 BCota de assentamento: < ou > 2.B Transmissão dos esforços: base, lateral ou as duas? Superfície de ruptura: Atinge a superfície ou não? Fundações Tipos de Fundações Direta Blocos: De concreto, dimensionado de modo que as tensões nele produzidas possam ser resistidas pelo concreto sem a necessidade de armadura. Elemento de grande altura e utilizado para suportar cargas pequenas. Muito utilizado como fundações corridas (cargas distribuídas) de pequenas edificações. Sapatas: De concreto armado, é necessário o emprego de armadura. Altura inferior ao bloco UtilizadoAltura inferior ao bloco. Utilizado como fundações isoladas de prédios. Sapatas associadas: Sapata queSapatas associadas: Sapata que recebe vários pilares da obra. Usada em pilares muito próximos. Fundações Vigas de fundação: Sapata associadaVigas de fundação: Sapata associada que recebe vários pilares cujos centros, em planta, estão situados em um mesmo alinhamento. Grelha: Conjunto de vigas que se cruzam nos pilares. Radiers: Concreto armado. Sapata associada com todos os pilares ou p p carregamentos distribuídos (tanques, silos, etc). Viável quando a área projetada de fundações isoladas supera 60%. Fundação aproveitada como piso. Tipos de Fundações Profundas Estacas: Elemento estrutural (madeira, aço ou concreto) esbelto que, colocado ou moldado no solo por cravação ou perfuração, transmite cargas ao solo pela ponta, superfície lateral ou por uma combinação das duas. Alternativa de fundação mais utilizadas em prédios altos. Tubulões: De concreto armado, cilíndrico em que, pelo menos na sua etapa final de escavação, há descida de operário. Executado a céu aberto ou sob ar comprimido. Pode ter ou não base alargada. C i ã F d ã f d d f i áti t d fí iCaixão: Fundação profunda de forma prismática, concretado na superfície e instalado por escavação interna. Alternativa pouco utilizada (não está mais na norma 6122/10). Fundações Fundações Fundações Fundações Fundações Tubulões como fundações de pontes Ponte Rio-Niteroi Fundações Tubulão a ar comprimido Fundações Fundações Tubulão a céu aberto Fundações Fundações Fundações • Fundações MistasFundações Mistas Aquelas que associam fundações superficiais e profundas. Sapatas sobre estacas Fundações Estaca T Estapata Radiers estaqueados Fundações 2.2 Elementos Necessários ao Projeto Inicialmente, deve-se considerar os seguintes aspectos: - Dados geológicos-geotécnicos (investig. geotécnicas, mapas, artigos publicados, etc)p ) - Topografia da área (levant. topográficos, encostas e erosões) - Tipo de estrutura a construir (cargas elevadas, dinâmicas, recalque que a t t t t )estrutura suporta, etc) - Vizinhos (prédios antigos podem trincar com uso de estacas cravadas por percussão, tipo de estrutura e fundações utilizadas e seu desempenho)p p p ) Fundações Observações:Observações: “no caso da possibilidade de mais de uma alternativa de fundação o fator econômico deverá indicar a escolha” “o projetista de e estar atento ao fato q e certas alternati as de“o projetista deve estar atento ao fato que certas alternativas de fundações não são disponíveis em certas regiões do Brasil” “O projetista deve programas sempre uma visita preliminar ao local da construção” “Em zonas urbanas, a vizinhança é um fator decisivo na escolha do tipo de fundação” Fundações F t i t i t - técnicos Fatores intervenientes na escolha do tipo de fundação téc cos - econômicos - limitadores pelo fundação mercado Fundações ESCOLHA DO TIPO DE FUNDAÇÃO Fundações Superficiais Características do soloUsoTipo Fundações Superficiais Características do soloUsoTipo Qualquer tipo de solo com capacidade de suporte adequada ao carregamento aplicado. Pode-se empregar sobre uma camada rígida sobreposta a uma Colunas individuais, grupos de colunas e paredes. Sapatas isoladas, sapatas corridas, sapatas associadas e vigas de fundação Qualquer tipo de solo com capacidade de suporte adequada ao carregamento aplicado. Pode-se empregar sobre uma camada rígida sobreposta a uma Colunas individuais, grupos de colunas e paredes. Sapatas isoladas, sapatas corridas, sapatas associadas e vigas de fundação Solos com baixa capacidade de suporteVárias linhas de colunas paralelasRadiês g p camada mole, e vice-versa, sendo em qualquer caso necessário fazer-se a verificação dos recalques Solos com baixa capacidade de suporteVárias linhas de colunas paralelasRadiês g p camada mole, e vice-versa, sendo em qualquer caso necessário fazer-se a verificação dos recalques Radiers Solos com baixa capacidade de suporte e susceptíveis a elevados recalques diferenciais. Várias linhas de colunas paralelas, elevadas cargas nas colunas, etc. Empregadas para reduzir recalques diferenciais. Radiês Solos com baixa capacidade de suporte e susceptíveis a elevados recalques diferenciais. Várias linhas de colunas paralelas, elevadas cargas nas colunas, etc. Empregadas para reduzir recalques diferenciais. RadiêsRadiers Fundações Características do soloUsoTipo Características do soloUsoTipo Quando as camadas superficiais do subsolo apresentam baixa capacidade de suporte, ou quando se deseja apoiar Em situações diversas, colunas, grupos de colunas, etc. Estacas Fundações Profundas Quando as camadas superficiais do subsolo apresentam baixa capacidade de suporte, ou quando se deseja apoiar Em situações diversas, colunas, grupos de colunas, etc. Estacas Fundações Profundas Mesmas considerações expostas para asCargas elevadasTubulões p , q j p a estrutura em camadas mais rígidas, e, portanto, menos deformáveis, que se encontram a elevadas profundidades Mesmas considerações expostas para asCargas elevadasTubulões p , q j p a estrutura em camadas mais rígidas, e, portanto, menos deformáveis, que se encontram a elevadas profundidades Mesmas considerações expostas para as fundações em estacas Cargas elevadas.Tubulões Mesmas considerações expostas para as fundações em estacas Cargas elevadas.Tubulões Fundações Qual tipo de fundação a utilizar Carga elevada distribuídaCarga elevada distribuída Carga elevada concentradaCarga elevada concentrada Carga Carga Carga elevada distribuídaCarga elevada distribuída pequenapequena Solo de baixa Solo de baixa razoávelrazoável Areia compacta razoável razoável capacidadecapacidade Fundações Areia compacta Rocha competenteRocha competente Há casos em que algumas características podem impor um certo tipo de fundação Fundações Nos casos que permitem variedade de soluções, deve-se considerar:considerar: -Menor custo; -Menor prazo de execução. - Fundação superficial: níveis mais baixos, menor volume de concreto mas maiorconcreto, mas maior movimentação de solo e rebaixamento do NA - Fundação profunda: menor volume de concreto (blocos de coroamento) e menor movimento de solo Fundações movimento de solo Exemplo: Escolha o tipo de fundação para a seguinte obra: Edifício estruturado 12 pavimentos Não há subsoloNãohá subsolo Cargas nos pilares: 52,2 a 353 tf Local da obra: Messejana 27 9 5 44 4 1/75 1/45 2 26 39 15/11 2 Fundações Sondagem a percussão (SPT) Planta de carga 14 3. 8 17 0.4 17 0.0 14 3.5 8 9.5 16 8.0 16 8.4 16 6.2 16 7.0 8 9.1 17 0.6 152.9 167.4 P5 P 10 P9 P6 P 7 P1 P4 P 13P 12 P8 P 2 P 3 P 11 ATERRO: H = 0,67 m A 0,96 m 27 7.9 12 4.3 12 3.5 P 15 P 16P 14 5 2. 2 22 2.7 15 6.5 230.9 27 0. 0 22 8. 8 16 0.3 186.5 18 5.1 53.8 19 8. 4 19 9.0 P 22 P 25 P 17 P 24P 19 P 21 P 20 P 23 P 26 P 27 P 18 14 1.7 186.6 170.9 18 6. 1 23 8. 2 21 4. 1 22 0.7 23 9.6 17 1.0 1 3. 3 35 3 0 11 7.4 12 1 7 P 36P 30 P 29 P 35 P 40 P 32 P 37 P 38 P 28 P 34P 33 P 31 P 39 35 3.0 12 1.7 76.5 167.1 16 7. 3 16 5.2 16 6. 0 7 4.2 P 46 P 42 P 43 P 44 P 45 P 41 TORRE 03 12 1.1 16 8.9 16 8.4 8 7.2 16 9.6 16 7.4 12 0.7 P 53P 47 P 52P 50P 49 P 51P 48 Fundações Exemplo: Escolha o tipo de fundaçãoExemplo: Escolha o tipo de fundação para a seguinte obra: Obra: Aerogerador Altura do eixo de 46,2m Controle ativo de ângulo de passo das pás g p p Comprimento das pás de 18,9m Peso da estrutura = 700 kN (70 tf) Tensão aplicada máxima = 200 kPa (2,0 kgf/cm2) Local da obra: Taíba - CE Fundações Resistência à penetração SPTmédio 0 0 20 40 60 80 Resistência à penetração 0 0 20 40 60 80 Índice de resistência 2 4 e ( m ) SPT1 2 4 m ) 6 8P r o f u n d i d a d e SPT2 SPT3 SPT4 6 8P r o f u n d i d a d e ( m SPTmédio 10 12 10 1212 12 Solo: Bastante uniforme constituído basicamente de areia fina de dunas deSolo: Bastante uniforme, constituído basicamente de areia fina de dunas de consistência compacta a muito compacta, esbranquiçada. NA: Não foi encontrado. Fundações NA: Não foi encontrado. Exercício: Escolha o tipo de fundação para a seguinte obra: Agência bancária Edifício estruturado 2 pavimentos2 pavimentos Não há subsolo Cargas nos pilares:13 tf a 70 tf Local da obra: Jacobina BALocal da obra: Jacobina-BA Fundações Ações nas Fundações - Cargas vivas Cargas mortas (permanentes)- Cargas mortas (permanentes) • Cargas vivas: variam no tempo e no espaçog p p ç - Operacionais: Funcionamento das construções, pessoas e móveis. Trânsito de í l A ã d i d h li ó F veículos e pessoas. Atracação de navios e pouso de helicópteros. Frenagem e aceleração de veículos em pontes - Ambientais: Relacionadas ao meio ambiente (vento, ondas, temperatura, ( p sismos) - Acidentais: Ocorrem apenas excepcionalmente (colisão de veículos, explosões, fogo)fogo) Nota: classificação usada no exterior (Velloso e Lopes, 1998) Fundações Nota: classificação usada no exterior (Velloso e Lopes, 1998) • Cargas mortas ou permanentes: ações constantes durante “toda” a vida da obra (Peso próprio da estrutura e equipamentos ( p p q p permanentes, empuxo de água e terra) Pela NBR 8681/84 as ações são classificadas como: - Permanentes: valores constantes durante a vida útil da obra (peso próprio, empuxos, etc) -Variáveis: valores que variam significativamente devidas ao uso da obra q g (cargas variáveis, vento, impactos, etc) - Excepcionais: duração muito curtas e de baixa probabilidade de ocorrência mas devem ser consideradas no projeto (explosões ocorrência, mas devem ser consideradas no projeto (explosões, colisões, incêndios, sismos, etc) Fundações Estados Limites de uma Estrutura: Estados a partir dos quais uma estrutura apresenta desempenho inadequado às finalidades da obra Os estados limites podem ser classificados como: - Estados limites últimos: associados ao colapso da obra - Estados limites de utilização (de serviço): quando ocorre algum dano na estrutura (fissura, deformações, etc) que comprometem o uso da obra Fundações 2.3 Requisitos de um Projeto de Fundações 1. Segurança ao colapso dos elementos estruturais (estabilidade interna) estado limite últimolimite último Fundações 2. Segurança ao colapso do solo (estabilidade externa) 3. Deformações aceitáveis configuração g ç inicial configuração final superfície de ruptura estado limite de utilização estado limite último Fundações 4. Segurança ao tombamento e deslizamento (casos particulares) 5. Níveis de vibração compatíveis com o uso da obra (fundações de máquinas rotativas) Se fmáquina=ffundação ressonância elevação exagerada da amplitude l d t t Fundações mola (cortiça, borracha) colapso da estrutura 2 4 Segurança ao Colapso 2.4.1 Conceitos e Influências a Considerar 2.4 Segurança ao Colapso Os parâmetros dos solos (resistência e compressibilidade) apresentam uma série de erros (amostragem, repetibilidade, etc) que devem ser coberto pela introdução (consideração) de fatores de segurança. Os fatores de segurança dos solos submetidos a esforços de fundações de edifícios são extremamente difíceis de serem definidos devido a sua ele ada heterogeneidadeelevada heterogeneidade. Fundações 2.4.2 Coeficiente de Segurança (CS) Global O FS Global de uma fundação profunda é dado por: FS = Qult/Qtrab onde: Qult = carga última Qtrab= carga de trabalho Para uma fundação superficial fica: FS = (Qult/A)/(Qtrab/A) FS = qult/qtrab onde: A = área qult = tensão última qtrab= tensão de trabalho Fundações Fator de segurança global de fundações superficiais (NBR 6122/10) Métodos para determinação da resistência última Fator de segurança global Semi-empíricos Valor proposto no próprioSemi empíricos Valor proposto no próprio método e no mínimo 3,00 Analíticos 3,00 Semi-empíricos ou analíticos acrescidos de 2 ou mais provas de carga, executadas na fase de j t 2,00 projeto Fundações Fator de segurança global de fundações profundas (NBR 6122/10) Métodos para determinação da resistência última Fator de segurança global Semi-empíricos 2,00Semi empíricos 2,00 Provas de carga realizada na fase de projeto ou adequação do projeto 1,60 do projeto Fundações 2.4.4 Situações a Serem Verificadas • Solos de drenagem lenta (s. argilosos saturados) - Segurança não drenada (curto prazo):g ç ( p ) Situação crítica O carregamento produz excesso de poro-pressão (u) queO carregamento produz excesso de poro pressão (u) que dissipa (diminui) com o passar do tempo, aumentando a ’ e sua consequente resistência. • Solos de drenagem rápida (s. arenosos e argilosos não saturados) -Segurança drenada (longo prazo) Situação em que toda u foi dissipada. Fundações 2 5 D l E D A i d2.5 Deslocamentos em Estruturas e Danos Associados DeslocamentosDeslocamentos verticais (recalques) - Solicitação (cargas nas fundações)Solicitação (cargas nas fundações) - Tipo de solo - Estrutura C d “ AÇÃO SO O S A” Fundações Caso de “INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA” l - Aparência visual fRecalques das Fundações Aparência visual - Função - Utilização afetam Fundações Definições de Deslocamentos e Deformações: Os tipos de deslocamentos que uma fundação pode sofrer são: - horizontal (u)( ) - vertical ou recalque (w) - angular ou rotacional ()g ( ) u w Fundações As consequências dos deslocamentos sofridos pelas s co sequê c s dos des oc e os so dos pe s construções são: - Aparência visual(estética)p ( ) - Utilização e função - Estabilidade e danos estruturais 1. Aparência visual:p Desaprumos (rotações do corpo rígido como um todo) e inclinações perceptíveis Danos visíveis (empenamento de esquadrias etc)Danos visíveis (empenamento de esquadrias, etc). recalques verticais Fundações 2. Utilização e funçãoç ç Desaprumos facilmente visíveis Danos funcionais (desnivelamento de pisos) recalques desuniformesdesuniformes 3. Estabilidade e danos estruturais Danos estéticos, funcionais e na recalques própria estrutura da obra recalques desuniformes e distorção (rompimento da estrutura) Fundações 2.5.1 Recalques Diferenciais Admissíveis Recalque diferencial (w): é a diferença entre o recalque apresentado por dois pontos (fundações) de uma construção 0wBA = 0 recalque diferencial entre o ponto B e o A A B wA = y A’ y y B’ wB=y l d Fundações recalque do ponto A recalque do ponto B Distorção angular (): rotação de uma reta imaginária que une doisDistorção angular (): rotação de uma reta imaginária que une dois pontos de uma construção wBA = wB - wA = yBA B A y BA = distorção A=A’ B wA = 0 A A y B Fundações wB=y B’ Fundações Valores limites da distorção angular() para edifícios estruturados Skempton e Mc Meyerhof Bjerrum D ld (1956) (1956) (1963)Donald (1956) (1956) (1963) Danos estruturais 1/150 1/250 1/150 Fi d 1/300 1/500 1/500Fissuras em paredes 1/300 1/500 1/500 e divisórias Fundações 2.5.2 Recalques Totais Limites Para casos de rotina em que o engenheiro de fundações não julgue necessário análises mais profundas recomenda-se adotar: areias Recalque absoluto limite = 25 mm Recalque absoluto limite = 50 mm p/ radiers Velloso e Lopes (1996) Recalque absoluto limite = 40 mm p/sapatas Recalque absoluto limite = 65 mm p/ radiers Skempton e McDonald (1956) limite igual a 1/500 argilas Recalque absoluto limite = 65 mm p/sapatas Recalque absoluto limite = 100 mm p/ radiers Fundações Exercícios Fundações CONDICIONANTES DE PROJETO Edifícios sem Subsolo e Afastados das Divisas Não há condicionantes especiaisNão há condicionantes especiais Deve-se considerar: fatores técnicos, econômicos e limitadores do mercado 1ª alternativa: fundações superficiais isoladas (blocos ou sapatas) e dif f did ddiferentes profundidades 2ª alternativa: fundação em radier 3ª alternativa: fundações profundas (estacas ou tubulões) Fundações Edifícios com Pilares na Divisa Tratamento especial junto a divisa: excentricidade das fundações Utilização de vigas de equilíbrio: ligação de pilares internos próximos Como resultado: fundação associada com carregamento centrado em relação ç g ç aos elementos associados 1ª alternativa: fundações superficiais isoladas (blocos ou sapatas) com viga de equilíbrioequilíbrio 2ª alternativa: fundações associadas, viga de fundação ou radier (fundações próximas) 3ª alternativa: fundações profundas (estacas ou tubulões) com viga de equilíbrio3 alternativa: fundações profundas (estacas ou tubulões) com viga de equilíbrio Fundações Edifícios em Zona Urbana e com Subsolos Necessário a utilização de um sistema de escoramento da escavação Sistemas de escoramento: vertical: tipo de cortina (paredes diafragma, estaca-prancha, estacas justapostas, etc) horizontal: tirante estronca ou laje Execução de subsoloshorizontal: tirante, estronca ou laje Execução de subsolos Perfis pranchados Estacas justapostas Fundações Sistemas de escoramento vertical (paredes) de subsolos Edifícios em Encostas Principal problema: estabilidade da encostasPrincipal problema: estabilidade da encostas Se a encosta for estável: (i) deve se considerar a inclinação do terreno no cálculo de q : Vésic (1975)(i) deve-se considerar a inclinação do terreno no cálculo de qult: Vésic (1975) (ii) Não deve-se implantar sapatas vizinhas em níveis muito diferentes (ii) Fundações (ii) Medidas estabilizantes para encostas
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