Fundamentos de Fundações

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INTRODUÇÃO 
A solidez de uma edificação depende, em primeiro lugar, de uma fundação  bem dimensionada. Para isso, a engenharia já evoluiu a ponto de garantir  que até as estruturas mais pesadas mantenham-se estáveis e, é claro, sem recalques consideráveis, mesmo em solo ruins. A variedade de sistemas, equipamentos e principalmente processos executivos é enorme, restando o desafio de identificar a maneira mais adequada de acordo com as  peculiaridades da obra e do terreno.
FUNDAÇÃO DEFINIÇÃO
 Fundação é o elemento estrutural que tem por função transmitir a carga da estrutura ao solo sem provocar ruptura do terreno de fundação ou do  próprio elemento de ligação e cujos recalques possam ser satisfatoriamente absorvidos pelo conjunto estrutural. O sistema de fundações é formado pelo elemento estrutural do edifício que fica abaixo do solo (podendo ser constituído por bloco, estaca ou tubulão,  por exemplo) e o maciço de bloco envolvente sob a base e ao longo do fuste. 
FUNÇÃO DAS FUNDAÇÕES
 Suportar com segurança as cargas provenientes do edifício, ou seja, é o elemento estrutural que transmite a carga de uma edificação para uma camada mais resistente do solo. Assim, as fundações devem ter resistência adequada para suportar as tensões causadas pelos esforços solicitantes. Além disso, o solo necessita de resistência e rigidez apropriadas para não sofrer ruptura e não apresentar deformações exageradas ou diferenciais.
FUNDAÇÕES PROFUNDAS DEFINIÇÃO: 
São aquelas em que a carga é transmitida ao terreno através de sua base (resistência de ponta) e/ou superfície lateral (resistência de atrito). As fundações profundas estão assentadas a uma profundidade maior que duas vezes a sua menor dimensão em planta. A fundação profunda, a qual possui grande comprimento em relação a sua  base, apresenta pouca capacidade de suporte pela base, porém grande capacidade de carga devido ao atrito lateral do corpo do elemento de fundação com o solo. A fundação profunda, normalmente, dispensa abertura da cava de fundação, constituindo-se, por exemplo, em um elemento cravado por meio de um bate-estaca.
CARACTERÍSTICAS 
• Carga transmitida ao solo por pressões sob a base da fundação (ponta) e atrito ao longo da superfície lateral (fuste).
• Está assente em profundidade, em relação ao terreno adjacente, superior  ao dobro de sua menor dimensão em planta (D > 2B) e, no mínimo, 3 m. 
• Magnitude e direção das ações. 
• Responsabilidade da obra. 
• Presença de espessas camadas de solo mole.
• Presença de camadas de solo muito resistente ou com matacões.
• Possibilidade de atrito negativo. 
• Nível d’água elevado. 
• Sensibilidade dos vizinhos e vibrações (cravação de estacas e fundações de máquinas).
CRITÉRIOS PARA ESCOLHA DO TIPO DE FUNDAÇÕES
PROFUNDAS
São diversas as variáveis a serem consideradas para a escolha do tipo de
fundação. Numa primeira etapa, é preciso analisar os critérios técnicos que
condicionam a escolha por um tipo ou outro de fundação.
Os principais critérios são:
(1)Topografia da área:
(2)Dados geológico-geotécnicos:
(3)Dados da estrutura a construir:
(4)Dados sobre construções vizinhas:
(5)Aspectos econômicos:
OBS: No caso de pontes: regime do rio para avaliação de possíveis erosões
e método construtivo.
FUNDAÇÕES INDIRETAS 
 Elemento de fundação executado com auxílio de ferramentas ou equipamentos, execução esta que pode ser por cravação a percussão,  prensagem, vibração ou por escavação.
Estacas
DEFINIÇÃO: Elemento de fundação executado com auxílio de ferramentas ou equipamentos, execução esta que pode ser por cravação a percussão,  prensagem, vibração ou por escavação.
CLASSIFICAÇÃO DAS ESTACAS FATORES FUNDAMENTAIS QUE DEVEM SER CONSIDERADOS  NA DETERMINAÇÃO DO TIPO DE ESTACA 
Esforços nas fundações, procurando distinguir: * nível de carga nos pilares; * ocorrência de outros esforços além dos de compressão (tração e flexão). 
Característica do subsolo, em particular quanto à ocorrência de: * argilas muito moles, dificultando a execução de estacas de concreto moldadas in loco; * solos muito resistentes (compactos ou com  pedregulhos) que devem ser atravessados, dificultando ou mesmo impedindo a cravação de estacas de concreto pré-moldadas; * solos com matacões, dificultando ou mesmo impedindo o emprego de estacas cravadas de qualquer tipo; * nível do lençol freático elevado, dificultando a execução de estacas de concreto moldadas in loco sem revestimento ou uso de lama; * aterros recentes (em processo de adensamento) sobre camadas moles, indicando a possibilidade de atrito negativo, neste caso, estacas mais lisas ou com tratamento betuminoso são mais indicadas.
 Durabilidade em longo prazo: * estacas de madeira ficam sujeitas à decomposição (especialmente acima do lençol freático) e ao ataque dos microorganismos marinhos.
 OBS: O concreto é suscetível ao ataque químico na presença de sais e ácidos do solo, e as estacas de aço podem sofrer corrosão, se a resistividade específica da argila for baixa e o grau de despolarização for alto.
POSSIVEIS DISPOSIÇÃO DE ESTACAS COM BLOCOS DE COROAMENTO:
FUNDAÇÕES PROFUNDAS MOLDADAS “IN LOCO” 
São muitas as possibilidades quando se fala em fundações profundas –  aquela cujo comprimento da estaca predomina sobre sua seção transversal, ou a camada de suporte está a uma profundidade maior que 2 m.
ESTACAS TIPO BROCA
DEFINIÇÃO: É o tipo mais rudimentar de estaca moldada no local, são executadas sem molde, por perfuração no terreno com o auxílio de um trado, sendo o furo posteriormente preenchido com o concreto apiloado.
MÉTODO EXECUTIVO 
1. Perfuração do solo.
2. Retirada da terra que se armazena dentro do tubo;
3. Atingida a cota de apoio, o concreto é lançado:
4. Viga de ligação com o bloco ou com a viga baldrame.
CARACTERÍSTICAS DAS ESTACAS TIPO BROCA
• Baixa capacidade de carga, geralmente entre 1 a 2 toneladas por metro de broca;
• Não existe garantia de verticalidade;
• Só pode ser executada acima do lençol freático;
• Comprimento máximo de 8 metros;
Vantagens:
- Execução rápida;
- Não provoca vibrações na sua execução,evitando assim, danos nas estruturas vizinhas;
- Não gera tanta poluição sonora;
Desvantagens:
- Relativo alto custo;
- Mão de obra especializada;
- Contratação de empresa especializada (mais custos);
ESTACA STRAUSS 
DEFINIÇÃO: As estacas do tipo Strauss são moldadas “in loco”, com processo relativamente simples e eficaz. A perfuração é executada com o auxílio de uma sonda, denominada “piteira”, com a utilização parcial ou total de revestimento recuperável e posterior Concretagem da fundação no local. 
MÉTODO EXECUTIVO 
1.Centralização da estaca
2.Perfuração 
3.Concretagem
4.Colocação dos¬ ferros
5. Armação.
CARACTERÍSTICAS DAS ESTACAS STRAUSS
 
• Reduzida trepidação e, conseqüentemente, pouca vibração nas edificações vizinhas à obra. 
• Facilidade de locomoção dentro da obra. 
• Permite conferir durante a percussão, por meio de retirada de amostras do solo, a sondagem realizada. 
• Execução de estacas com capacidade de 20 ton, 30 ton e 40 ton. 
Vantagens: 
Simples Execução;
¬ Baixo Custo;¬ 
¬ Capacidade de carga e diâmetros diversos; 
Desvantagens: 
Não pode ser executada abaixo do N.A. Concreto de baixa qualidade (feito à mão).
¬ ¬ Muita lama proveniente escavação
. Execução lenta
ESTACA HÉLICE CONTÍNUA
DEFINIÇÃO: Estaca hélice continua é uma estaca de concreto moldada "in loco", executada por meio de uma hélice espiral desenvolvida em torno de uma haste tubular, que é introduzida no terreno por rotação e extraída simultaneamente a injeção de concreto pela haste tubular. A armadura em forma de gaiola é sempre colocada após a concretagem.
METODOLOGIA EXECUTIVA
Na execução da estaca Hélice Contínua podemos destacar três fases
distintas, a saber:
• Perfuração;
• Concretagem;
• Colocação da armadura da estaca.
Características da Estaca Hélice Contínua
É uma estaca escavada e portanto não causa vibrações no terreno.
A estaca hélicecontínua têm diâmetro de 70 a 150 cm de acordo com os principais equipamentos disponíveis no mercado.
Antes de sua execução, é necessário realizar furos de sondagem no terreno para verificar a existência de rochas e matacões que possam danificar o equipamento e para conhecer o tipo de solo no local.
Vantagens:
• Elevada produtividade, em torno de 300 metros de estacas por dia,
 podendo atingir até 400 metros, o que reduz significativamente o
cronograma executivo da obra;
• É adaptável a maioria dos tipos dos terrenos, podendo ser usados em solos
com SPT = 50, mas não pode ser usada na presença de matacões e rochas;
• Permite executar estacas inclinadas de 14º até a profundidade de 15
metros; e de 11º até profundidade de 16 a 25 metros;
Desvantagens:
• O custo é relativamente alto; portanto é preciso que o número de estacas a
executar viabilize os custos de mobilização dos equipamentos;
• Número limitado de equipamentos no Brasil;
• Devido ao tamanho do equipamento, as áreas de trabalho devem ser 
 planas e de fácil movimentação;
ESTACA ÔMEGA
DEFINIÇÃO: As estacas ômega são recentes no mercado, sendo consideradas estacas de última geração. Considerada uma screw piles (estaca aparafusada), isto é, estaca em que a perfuração é feita por um trado de forma cônica que  perfura o solo como um parafuso, com deslocamento lateral de solo.
METODOLOGIA EXECUTIVA
A execução da estaca ômega pode ser dividida em:
1. Perfuração;
2. Concretagem;
3. Colocação da armadura;
CARACTERISTICAS
1. Os diâmetros disponíveis variam de 27 cm, 32 cm e 62 cm, com incrementos no diâmetro de 5 cm.
2. Pode chegar a uma profundidade de 28 metros, dependendo do equipamento, torque e diâmetros a serem utilizados.
3. Tem menor consumo de concreto, ausência de material escavado e maior agilidade na mudança de diâmetro.
Vantagens: 
• Menor consumo de concreto, devido à compactação do terreno. 
• Ausência de material escavado. 
• Maior agilidade na mudança de diâmetro, onde só o elemento com o trado é trocado. 
Desvantagens: • Dificuldade de se trabalhar em solos muito resistentes devido à força necessária para a perfuração.
ESTACAS BARRETE  
DEFINIÇÃO: É um tipo de fundação profunda executada por escavação mecânica, com uso ou não de lama bentonítica ou uso de revestimento total ou parcial, e  posterior concretagem.
METODOLOGIA EXECUTIVA
1. Colocação da camisa-guia ou execução da mureta-guia.
2. Perfuração, com o simultâneo preenchimento com lama bentonítica ou lama.
3. Colocação da armação, após desarenação ou troca da lama bentonítica ou1/3.
CARACTERISTICAS
As estacas escavadas e barretes possuem as seguintes características vantajIosas:
– rápida execução; capacidade de suportar cargas elevadas;
– o solo fica livre de deformações,  inclusive nas vizinhanças da obra, visto que não há vibração; não é capaz de afetar estruturas vizinhas;
– o comprimento das estacas é grande e pode ser muito variável (até 45 m, com cargas até 10.000 kN usualmente), 
Por outro lado, as estacas escavadas e barretes possuem as seguintes desvantagens:
– os métodos de escavação podem afofar solos arenosos ou pedregulhos, ou transformar
rochas moles em lama, como o calcário mole ou marga;
– necessidade de local nas proximidades para deposição de solo escavado;
– susceptíveis a estrangulamento da seção em caso de solos compressíveis;
ESTACA TIPO FRANKI 
DEFINIÇÃO: É uma estaca de concreto moldada no solo, que usa um tubo de revestimento cravado dinamicamente com ponta fechada por meio de uma  bucha e recuperada ao ser concretada a estaca.
METODOLOGIA EXECUTIVA
1. Locação das estacas
2. Perfuração do solo
3. Execução da base alargada
5. Concretagem dos furos
CARACTERISTICAS
1. Podem ser verticais ou inclinadas, sendo que a inclinação pode ser de até 2º com a vertical.
3. As grandes vibrações são causadas pela alta energia utilizada na cravação, o que pode prejudicar prédios vizinhos que possuam fundações em camadas superficiais do solo. 
4. Nos casos em que haja presença de fluxo de água subterrâneo ou camadas de solo muito moles, pode-se optar por não recuperar o revestimento (estaca Franki “tubada”).
Vantagens: 
• Grande área de base, conferindo grande resistência de ponta,
 • Superfície do fuste muito rugosa, fornecendo elevada resistência lateral; 
• Devido a sua forma de execução o terreno fica fortemente comprimido; 
Desvantagens: 
• Grande vibração durante a execução; 
• Demora no tempo de execução; 
• Custo elevado da mão-de-obra
FUNDAÇÕES PROFUNDAS PRÉ-MOLDADAS
 São largamente usadas em todo o mundo possuindo como vantagens em relação as concretadas no local um maior controle de qualidade tanto na concretagem, que é de fácil fiscalização quanto na cravação, além de  poderem atravessar correntes de águas subterrâneas o que com as estacas moldadas no local exigiriam cuidados especiais.
ESTACA DE CONCRETO ARMADO E PROTENDIDO 
DEFINIÇÃO: São segmentos de concreto armado ou protendido com seção quadrada, ortogonal, circular vazada ou não, cravada no solo com o auxílio de bate estacas.
METODOLOGIA EXECUTIVA
- Posiciona-se o Bate Estaca;
- Ergue-se a Estaca Pré Moldada;
- Posiciona-se a Estaca;
- Protege-se a Cabeça da Estaca;
- Cravação Até a Nega;
- Quebra e Preparo da Cabeça da Estaca;
Vantagens:
1. Permite uma boa fiscalização durante a concretagem;
2. Permite a moldagem de corpos-de-prova para verificação da resistência à
compressão;
3. Permite a moldagem das estacas no local da obra;
Desvantagens:
1. Tempo de cura normal do concreto de 21 dias;
2. A estaca não ultrapassa camada de solo resistente (N/30 > 15);
3. Dificuldades no transporte dentro da obra;
TUBULÕES
DEFINIÇÃO: Tubulões são elementos estruturais de fundação profunda, cilíndricos, construídos concretando-se um poço (revestido ou não) aberto no terreno, geralmente dotado de base alargada. Às vezes os tubulões podem ser vistos como estacas escavadas, de grande diâmetro, com ou sem base alargada,  porém eles se diferenciam das estacas porque pelo menos na sua etapa final há descida de operário para completar a geometria da escavação ou fazer a limpeza do solo.
Os tubulões de seCção quadrada ou mesmo retangular são denominados de caixões, por terem as paredes laterais pré-moldadas.
TIPOS DE TUBULÕES
 Os tubulões dividem-se em dois tipos básicos: a céu aberto (normalmente sem revestimento) e a ar comprimido (ou pneumático), estes sempre revestidos com camisa de concreto armado ou camisa de aço (metálica). 
ESCOLHA DO TIPO DE TUBULÕES 
A escolha do tipo de tubulão é feita em função do tipo de terreno a ser   penetrado, da posição do nível da água, do custo e do prazo disponível para execução do mesmo.
TUBULÃO À CÉU ABERTO
DEFINIÇÃO: Tubulões a céu aberto são elementos estruturais de fundações profundas, de grande porte, com seção circular, que apresentam, em geral, a base alargada e que são executados, como o nome sugere, a céu aberto.
Sem Contenção Lateral - Esses tubulões, também chamados de  pocinhos, têm seu fuste aberto por escavação manual, ou mecânica, sendo que a base é, em geral, escavada manualmente.
Com Contenção Lateral Parcial - Estas contenções parciais têm aproximadamente 2m e o solo é escoreado antes de prosseguir a escavação.
Com Contenção Lateral Contínua -Normalmente estes tubulões a céu aberto são exectuados acima do lençol freático pois a escavação manual da base, ou mesmo do fuste, não pode ser executada abaixo do nível da água.
METODOLOGIA EXECUTIVA
Escavação manual ou mecânica do fuste
Alargamento da base e limpeza
Conferência da base pelo engenheiro ou responsável da obra
Colocação de armadura
Concretagem 
Características 
O fuste pode ser escavado manualmente ou mecanicamente. A base é escavada manualmente.
O diâmetro mínimo do fuste é de 70 cm.
Ângulo de 60° é suficiente para que não tenha necessidade de colocação de armadura na base.
Os tubulões somente recebem esforços verticais.
TUBULÃO À AR COMPRIMIDO
DEFINIÇÃO: Tubulões aar comprimido são elementos cuja função é transmitir as cargas estruturais para solos de maior capacidade de suporte situados em maiores  profundidades, caracterizados por seção transversal que permite escavação interna, com entrada de pessoal em seu interior.
METODOLOGIA EXECUTIVO
1.Terraplanagem e escavação preliminar.
2. Instalação das fôrmas e montagem das armaduras
3. Concretagem da primeira sessão
4. Escavação sob ar comprimido
5. Alargamento da base
6. Concretagem da base
 Características 
-Armação constituída por barras longitudinais e estribos transversais
(posicionadas na camisa de concreto);
-Espessura mínima da camisa (hmín) ≥ 20 cm;
Câmara de trabalho com altura mínima de 2 m ediâmetro interno de
1 m (nesta região a espessura da camisa tem 10 cm);
-O fuste pode ser preenchido com concreto;;