Engenharia de Fundações: Projeto e Execução

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FUNDAÇÕES
Prof. M.Sc. SilvanaVasconcelos
(silvana.vasconcelos@gmail.com) 
 FEV 2018
ENGENHARIA DE FUNDAÇÕES
O projeto e execução de fundações – a Engenharia de Fundações - requer conhecimentos de Geotecnia e Cálculo Estrutural. O Cálculo estrutural abrange análise estrutural e dimensionamento de estruturas em concreto armado e protendido, em aço e madeira. A Geotecnia, por outro lado, abrange a Geologia de Engenharia, a Mecânica dos Solos e a Mecânica das Rochas.
Desde o início da concepção e projeto de uma obra, deve-se levar em conta as condições do solo do local.
AULA
1
ELEMENTOS NECESSÁRIOS AO PROJETO DE FUNDAÇÕES
Os elementos necessários para odesenvolvimento de um projeto de fundações são:
 
Topografia da Área: 
- Levantamento topográfico;
- Dados sobre taludes e encostas no terreno (ou que possam, no caso do acidente, atingir o terreno);
- Dados sobre erosões (ou evoluções preocupantes na geomorfologia).
AULA
1
ELEMENTOS NECESSÁRIOS AO PROJETO DE FUNDAÇÕES
Dados Geológico-Geotécnicos: 
- Investigação do subsolo;
- Outros dados geológico-geotécnicos.
 
Dados da estrutura:
- Tipo e uso da obra;
- Sistema Estrutural;
- Cargas (ações nas fundações).
AULA
1
ELEMENTOS NECESSÁRIOS AO PROJETO DE FUNDAÇÕES
Dados sobre construções vizinhas:
- Tipo de estrutura e fundações;
- Número de pavimentos e carga média por pavimento;
- Desempenho das fundações;
- Existência de subsolo;
- Possíveis consequências de escavações e vibrações provocadas pela nova obra.
AULA
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ELEMENTOS NECESSÁRIOS AO PROJETO DE FUNDAÇÕES
As solicitações a que uma estrutura está sujeita podem ser classificadas de diferentes maneiras. No exterior é comum separá-las em dois grandes grupos:
Cargas vivas, separadas em:
cargas operacionais (ocupação, armazenamento, passagem de veículos, frenagens etc.),
cargas ambientais (ventos, correntes, etc.),
cargas acidentais (colisão, explosão, fogo etc.);
Cargas mortas ou permanentes (peso próprio, empuxos de terra e água etc.).
AULA
1
ELEMENTOS NECESSÁRIOS AO PROJETO DE FUNDAÇÕES
No Brasil, A Norma 8681/84 classifica as ações nas estruturas em:
Ações permanentes: as que ocorrem com valores constantes durante praticamente toda a vida da obra (peso próprio da construção e de equipamentos fixos, empuxos, esforços devidos a recalques de apoios);
Ações variáveis: as que ocorrem com valores que apresentam variações significativas em torno da média (ações devido ao uso da obra, tipicamente);
AULA
1
ELEMENTOS NECESSÁRIOS AO PROJETO DE FUNDAÇÕES
Ações excepcionais: as que têm duração extremamente curta e muito baixa probabilidade de ocorrência durante a vida da obra, mas que precisam ser consideradas no projeto de determinadas estruturas (explosões, colisões, incêndios, enchentes, sismos).
AULA
1
REQUISITOS DE UM PROJETO DE FUNDAÇÕES
Os requisitos básicos a que um projeto de fundações deverá atender são:
Deformações aceitáveis sob as condições de trabalho (estado limite de utilização da Norma 8681/84); 
Segurança adequada ao colapso do solo de fundação (estabilidade externa);
AULA
1
REQUISITOS DE UM PROJETO DE FUNDAÇÕES
Segurança adequada ao colapso dos elementos estruturais (estabilidade interna); 
AULA
1
REQUISITOS DE UM PROJETO DE FUNDAÇÕES
Segurança adequada ao tombamento e deslizamento, a ser verificada nos casos em que forças horizontais elevadas atuam em elementos de fundação superficial.
Segurança à flambagem;
Níveis de vibração compatíveis com o uso da obra, a serem verificados nos casos de cargas dinâmicas.
AULA
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VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇA AO COLAPSO E COEFICIENTES DE SEGURANÇA
Nos problemas de fundações há sempre incertezas, seja nos métodos de cálculo, seja nos valores de parâmetros do solo, seja nas cargas a suportar. Consequentemente, há a necessidade de introduzir coeficientes de segurança (ou fatores de segurança) que levem em conta essas incertezas.
Todas as incertezas mencionadas podem ser incluídas num único coeficiente de segurança global. 
AULA
1
VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇA AO COLAPSO E COEFICIENTES DE SEGURANÇA
Tabela 1 – Coeficientes de segurança global (Terzaghi e Peck, 1967 adaptado por Meyerhof, 1977)
AULA
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Tipo de ruptura
Obra
C.S.
Cisalhamento
Obras de terra
1,3 a 1,5
Estruturas de Arrimo
1,5 a 2,0
Fundações
2,0 a 3,0
Ação da água
Subpressão, levantamento
1,5 a 2,5
Gradiente de saída, “piping”
3,0 a 5,0
VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇA AO COLAPSO E COEFICIENTES DE SEGURANÇA
Os valores superiores são usados em análises de estabilidade de estruturas sob condições normais de serviço; os valores inferiores são usados em análises baseadas nas condições de carregamento máximo e obras provisórias.
AULA
1
AULA
1
VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇA AO COLAPSO E COEFICIENTES DE SEGURANÇA
A NBR 6122/2010 fornece os valores de coeficientes.
 Tabela 2 – Coeficientes de segurança globais mínimos.
AULA
1
Condição
C.S.
Capacidade de carga das fundações superficiais
3,0
Capacidade de carga das estacas ou tubulões sem prova de carga
2,0
Capacidade de carga das estacas ou tubulões com prova de carga
1,6
DESLOCAMENTOS EM ESTRUTURAS E DANOS ASSOCIADOS
Toda fundação sofre deslocamentos verticais (recalques), horizontais ou rotacionais, conforme a solicitação a que está submetida. Estes deslocamentos resultam da interação solo-estrutura. Quando os valores desses deslocamentos ultrapassam certos limites, a estrutura pode chegar ao colapso pelo surgimento de esforços pelos quais ela não está dimensionada. 
 
AULA
1
DESLOCAMENTOS EM ESTRUTURAS E DANOS ASSOCIADOS
A estrutura pode ser calculada de duas maneiras: (i) supondo que a fundações sejam indeslocáveis; (ii) o conjunto fundação-estrutura é calculado como um todo, levando em consideração a interação solo-estrutura. Portanto, há a necessidade de se conhecer, ainda que em ordem de grandeza, os deslocamentos admissíveis.
 
AULA
1
DESLOCAMENTOS EM ESTRUTURAS E DANOS ASSOCIADOS
Os deslocamentos que uma fundação isolada pode sofrer (considerando um plano vertical x, z) estão indicados na Figura abaixo.
 
AULA
1
Deslocamentos de uma fundação.
AULA
1
AULA
1
DESLOCAMENTOS EM ESTRUTURAS E DANOS ASSOCIADOS
desaprumo (): descreve a rotação do corpo rígido da superestrutura como um todo ou de uma parte dela bem definida.
rotação relativa ou distorção angular (): corresponde à rotação da reta que une dois pontos de referência tomados para definir o desaprumo.
AULA
1
DESLOCAMENTOS EM ESTRUTURAS E DANOS ASSOCIADOS
deflexão relativa (): representa o deslocamento máximo em relação à reta que une dois pontos de referência afastados de L.
AULA
1
DESLOCAMENTOS EM ESTRUTURAS E DANOS ASSOCIADOS
Recalques diferenciais admissíveis
A quantificação das deformações admissíveis é feita, em geral, em termos de distorções angulares () ou de relações de deflexão (/L), conforme o tipo de estrutura. 
AULA
1
DESLOCAMENTOS EM ESTRUTURAS E DANOS ASSOCIADOS
Recalques diferenciais admissíveis
Valores Limites da rotação relativa ou distorção angular  para edifícios estruturados e paredes portantes armadas (I.S.E., 1989)
AULA
1
 
Skempton e McDonald (1956)
Meyerhof (1956)
Polshin e Tokar (1957)
Bjerrum (1963
Danos estruturais
1/150
1/250
1/200
1/150
Fissuras em paredes e divisórias
1/300 (porém recomendado 1/500)
1/500
1/500
(0,7/1000 a 1/1000 em painéis extremos)
1/500
DESLOCAMENTOS EM ESTRUTURAS E DANOS ASSOCIADOS
Recalques diferenciais admissíveis
Valores limites da relação de deflexão /L para a ocorrência de fissuras visíveis em paredes portantes não armadas (I.S.E., 1989)
AULA
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Configuração
Meyerhof (1956)
Polshin e Tokar (1957)
Burland e Wroth (1975)
Côncava para cima
1/2500
L/H<3: 1/3500 a 1/2500
L/H=1: 1/2500
 
L/H<5: 1/2000 a 1/1500
L/H=1: 1/1250
Convexa para cima
-
-
L/H=1: 1/5000
L/H=1: 1/2500
DESLOCAMENTOS EMESTRUTURAS E DANOS ASSOCIADOS
Recalques 
Diferenciais
 admissíveis
AULA
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Distorções angulares e danos associados
ALTERNATIVAS DE FUNDAÇÃO
As fundações são convencionalmente separadas em 2 grandes grupos:
Fundações superficiais (ou diretas ou rasas) e
- Fundações profundas.
AULA
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ALTERNATIVAS DE FUNDAÇÃO
Uma fundação profunda é aquela cujo mecanismo de ruptura de base não atinge a superfície do terreno. Como os mecanismos da ruptura da base atingem, acima da mesma até 2 vezes sua menor dimensão, a NBR 6122 estabeleceu que fundações profundas são aquelas cujas bases estão implantadas a mais de duas vezes sua menor dimensão, e a pelo menos 3 m de profundidade.
AULA
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ALTERNATIVAS DE FUNDAÇÃO
Fundações superficiais
Bloco é o elemento de fundação executado em concreto simples, dimensionado de maneira que as tensões de tração nele produzidas possam ser resistidas pelo concreto, sem necessidade de armadura.
AULA
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ALTERNATIVAS DE FUNDAÇÃO
Fundações superficiais
Sapata é o elemento de fundação executado em concreto armado, de altura reduzida em relação às dimensões da base, dimensionado de tal modo que as tensões de tração sejam resistidas pelo emprego de armadura.
AULA
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ALTERNATIVAS DE FUNDAÇÃO
Fundações superficiais
Sapata isolada é quando a mesma suporta apenas um pilarar. 
No caso de o pilar ser de divisa, a sapata é chamada de divisa. 
AULA
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ALTERNATIVAS DE FUNDAÇÃO
Fundações superficiais
Viga de fundação é quando a sapata suporta dois um ou mais pilares, cujos centros, em planta, estejam alinhados, geralmente de concreto armado; pode ter seção transversal tipo bloco (sem armadura transversal), que são frequentemente chamadas de baldrames, ou tipo sapatas, armadas.
AULA
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ALTERNATIVAS DE FUNDAÇÃO
Fundações superficiais
Viga de fundação
AULA
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ALTERNATIVAS DE FUNDAÇÃO
Fundações superficiais
Sapata associada é quando a sapata é comum a vários pilares, cujos centros, em planta, não estejam alinhados é denominada sapata associada.
AULA
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ALTERNATIVAS DE FUNDAÇÃO
Fundações superficiais
Grelha é o elemento de fundação constituído por um conjunto de vigas que se cruzam nos pilares.
AULA
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ALTERNATIVAS DE FUNDAÇÃO
Fundações superficiais
Radier é o elemento de fundação que recebe todos os pilares da obra.
O radier é uma fundação rasa que funciona como uma laje contínua de concreto armado em toda a área da construção e transmite as cargas da estrutura (pilares ou paredes) para o terreno. 
AULA
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ALTERNATIVAS DE FUNDAÇÃO
Fundações profundas
As fundações profundas são separadas em três tipos principais:
Estaca – elemento de fundação profunda executada com auxílio de ferramentas ou equipamentos,
execução esta que pode ser por 
cravação a percussão, prensagem, vibração ou por escavação, ou, ainda, de forma mista, envolvendo mais de um destes processos;
AULA
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ALTERNATIVAS DE FUNDAÇÃO
Fundações profundas
	 Tubulão – elemento de fundação 		 profunda de forma cilíndrica, em que, pelo
 menos na sua fase final de execução, há a
 descida de operário (o tubulão não difere da
 estaca por suas dimensões, mas pelo processo
 executivo);
Caixão – elemento de fundação profunda
de forma prismática, concretado na 
Superfície e instalado por escavação interna.
AULA
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