Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
São Paulo Junho / 2018 UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP MECÂNICA DOS SOLOS E FUNDAÇÕES São Paulo Junho / 2018 UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP Mecânica dos Solos e Fundações “Trabalho apresentado a Graduação do Curso de Engenharia Civil da Universidade Paulista de São Paulo - Capital como parte da nota da prova Np2 da Diciplina Mecânica dos Solos e Fundações, Ministrada pelo Professor Aldo” São Paulo Junho / 2018 SUMÁRIO 1- INTRODUÇÃO.......................................................................................................3 2- TIPOS DE FUNDAÇÕES RASAS: RADIER E SAPATA ISOLADA.....................5 3 – SAPATA CORRIDA ............... ...........................................................................7 3.1 - COMO FAZER UMA SAPATA CORRIDA? ..................................................... 8 3.1.1 - Escavação ................................................................................................ 8 3.1.2 - Posicionamento da armação de aço ......................................................... 8 3.1.3 – Caixarias .................................................................................................. 8 3.1.4 - Concretagem ............................................................................................ 8 3.2 - CONSIDERAÇÕES SOBRE A ESCOLHA DO TIPO DE FUNDAÇÃO............ 9 4 – ESTUDO DE CASO ............................................................................................ 11 4.1 – Localização da obra ...................................................................................... 11 4.2 – Informações de sondagem ........................................................................... 11 5 – VIABILIDADE ..................................................................................................... 17 6 - DIMENSIONAMENTO PARA FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS ............................. 19 6.1 - Pilar p25 ........................................................................................................ 19 6.2 - Capacidade de carga ..................................................................................... 19 6.3 Recalque .......................................................................................................... 20 7 – MEMORIAL DE CÁLCULO ................................................................................ 20 8 – CONCLUSÃO ..................................................................................................... 25 9 - BIBLIOGRAFIA ................................................................................................... 26 3 São Paulo Junho / 2018 1 – INTRODUÇÃO Fundação é o elemento de uma estrutura responsável por transmitir as cargas para o terreno. Essa transmissão deve ser feita de forma adequada, ou seja, sem gerar problemas de qualquer natureza para a estrutura. Portanto a transferência deve ser realizada com segurança em relação à ruptura e com recalques compatíveis com a estrutura. No entanto são comuns os casos de construções cujas fundações apresentam ou poderão passar a apresentar mau desempenho devido à erros de premissa ou em casos em que não são previstos mecanismos futuros durante o seu dimensionamento. Dentro da Engenharia Civil, a especialização em Fundações é a que requer maior vivência e experiência” (VELLOSO E LOPES, 2011). As fundações podem ser consideradas a parte mais importante da estrutura, por suportar todas as cargas provenientes do seu próprio peso e as cargas decorrentes de seu uso. É sempre importante possuir uma grande gama de informações sobre as características do subsolo e sobre as cargas da estrutura para que não haja equívocos no projeto. Dito isso, este trabalho vem para auxiliar a compreensão destas duas soluções de fundação: a fundação por sapatas e a fundação por estaca. Fundações superficiais por sapatas são de simples execução e geralmente não necessitam de mão de obra especializada. São muito utilizadas para estruturas de pequeno a médio porte em solos que não sejam muito compressíveis. Através de sua base o elemento transmite as cargas para o solo, por isso podem ser chamadas também de fundações diretas. Fundações profundas por estacas necessitam de equipamentos específicos para a sua execução: máquinas e pessoal especializado para a operação de tais equipamentos. As estacas são bastante utilizadas nas obras de grande porte e até mesmo em obras de médio porte localizadas sobre solo de baixa resistência. Estes elementos transmitem a carga ao solo principalmente por meio do atrito lateral com o solo, por isso são chamadas também de fundações indiretas. Ambas as soluções, porém, necessitam de métodos mais exatos e eficazes para o seu dimensionamento. 4 São Paulo Junho / 2018 Os métodos teóricos existentes necessitam de grandes fatores de segurança para tornar válidos os valores obtidos e os métodos empíricos nem sempre conseguem reproduzir a situação real dos elementos de fundação a serem dimensionados. Muita dessa incerteza quanto aos projetos de fundação se deve à interação da estrutura com o próprio solo, que é um material muito difícil de se prever o comportamento. Por isso Velloso e Lopes estão certos quanto à frase acima, a experiência conta muito na área de fundações. Todos os casos que já foram observados podem fornecer Informações de grande importância para os novos casos que virão acontecer. Segundo Joppert (2007), o controle de qualidade das fundações deve iniciar- se pela escolha da melhor solução técnica e econômica, passando pelo detalhamento de um projeto executivo e finalizando com o controle de campo da execução do projeto. Portanto, deve-se atentar para uma série de questões geológicas-geotécnicas e estruturais, que devem ser respondidas antes de se tomar qualquer decisão quanto ao tipo de fundação a ser escolhida. Como é o perfil geológico do terreno, como é sua acessibilidade, quais são as condições das edificações vizinhas (quando existentes), qual a melhor técnica de dimensionamento e de execução a ser adotada, qual a viabilidade econômica de cada uma, entre outras. 5 São Paulo Junho / 2018 2 – TIPOS DE FUNDAÇÕES RASAS: RADIER E SAPATA ISOLADA 2.1 Fundações diretas ou rasas Radier – É uma sapata, tipo laje armada, ao qual se descarregam todas as cargas exercidas nas estruturas. O radier é quando a soma de todas as cargas da estrutura são dividida pela taxa admissível do terreno ao qual excede a metade da área a ser edificada, normalmente é melhor financeiramente reuni-las em um só elemento de fundação. Utiliza-se esse tipo de fundação quando o solo possui uma baixa resistência. Figura– Radier Baldrame – É uma fundação rasa que tem como função apoiar as outras estruturas, contribuindo com o travamento de colunas e pilares, feita de concreto armado retangular, ao qual é localizada abaixo do solo, e percorre todo o comprimento das paredes. Figura – Baldrame Bloco – São elemento em concreto sem necessidade de armadura. Os blocos e sapatas são indicados para cargas de valor significativo, e se caracteriza 6 São Paulo Junho / 2018 principalmente por trabalhar à compressão já que as cargas de tração são suportadas pelo concreto. Figura – blocos de fundações Sapatas isoladas – são fundações que podem ser feitas em concreto armado ou em concreto simples, sua função principal é receber as cargas que se concentram nas estruturas, como por exemplo, vigas e pilares, ao qual a viga transfere a carga para o pilar que transfere para a sapata. Uma observação importante é que se ela for feita de concreto simples, sua dimensão tem que ser grande para que possa resistir as cargas que serão exercidas nela. Figura – Sapatas isoladas 7 São Paulo Junho / 2018 3 - SAPATA CORRIDA Trata-se de um tipo de fundação contínua que recebe a carga das paredes e apoia-se diretamente sobre o terreno. Têm formato de viga e pode ser feita de concreto simples ou armado, solo cimento e canaletas. Construída sobre uma camada de concreto magro, a sapata corrida com blocos de concreto tem dimensões que dependem do porte da obra já que fica abaixo das paredes, assim o peso da construção é distribuído linearmente para o solo. A sapata corrida é uma fundação superficial muito utilizada na construção de casas com vãos pequenos, muros, paredes de reservatórios e piscinas. O topo da sapata corrida pode ser reto ou piramidal. E as estruturas de aço mais utilizadas são o radier e gaiola. QUAIS AS VANTAGENS? As vantagens das sapatas como fundação são: Baixo custo Versatilidade Rapidez de execução Capacidade de construção sem peças e ferramentas especiais no canteiro. Pode ser executada com pouca escavação e baixo consumo de concreto. 8 São Paulo Junho / 2018 3.1 - COMO FAZER UMA SAPATA CORRIDA? 3.1.1 - Escavação A sapata corrida fica abaixo da alvenaria. Portanto, você deve observar na obra se as posições onde foram feitas as escavações correspondem a localizações das futuras paredes ou muros. Veja também se as medidas estão coerentes com o projeto. Outro ponto importante é verificar se o fundo foi devidamente compactado e recebeu uma camada de 5cm de concreto magro. Esta camada serve para nivelar e isolar a estrutura de aço do solo. 3.1.2 - Posicionamento da armação de aço As armações de aço devem ser posicionadas com os ferros e dobras voltados para cima. O aço nunca deve ter contato direto com o solo. Recomenda-se a utilização de espaçadores para isolar o aço do solo e evitar que a armação se mova durante a concretagem. Após colocar as armações da fundação são fixadas as colunas de aços dos arranques. Certifique-se que as colunas dos arranques estão perpendiculares (aprumadas) e no centro da coluna. 3.1.3 – Caixarias Quando o nível terreno está abaixo do nível da rua é necessário colocar tábuas de madeiras para dar o formato às sapatas corridas. Estas tábuas são chamadas de caixarias. Elas devem estar firmes, alinhadas e presas com parafusos borboletas ou arames. Após a aplicação do concreto não podem haver vazamentos. 3.1.4 - Concretagem Após posicionar as armações de aço e caixarias, é colocado o concreto. Este pode ser comprado pronto ou pode ser feito na obra. Durante a aplicação observe se o concreto está pastoso e homogêneo. Após a secagem, cerca de 5 dias, o concreto deverá ter uma cor homogênea e não possuir furos que permitam ver as estruturas de aço. A impermeabilização 9 São Paulo Junho / 2018 deve ser feita logo em seguida para proteger tanto a fundação quanto a alvenaria e seus revestimentos da umidade e infiltrações. 3.2 - CONSIDERAÇÕES SOBRE A ESCOLHA DO TIPO DE FUNDAÇÃO A qualidade e o comportamento de uma fundação dependem de uma boa escolha, que melhor concilie os aspectos técnicos e econômicos de cada obra. Qualquer insucesso nessa escolha pode representar, além de outros inconvenientes, custos elevadíssimos de recuperação ou até mesmo o colapso da estrutura ou do solo. O engenheiro de fundações, ao planejar e desenvolver o projeto deve obter todas as informações possíveis referentes ao problema: estudar as diferentes soluções e variantes; analisar os processos executivos; prever suas repercussões; estimar os seus custos e, então, decidir sobre as viabilidades técnica e econômica da sua execução. Os fatores que influenciam na escolha do tipo de fundação são analisados a seguir. a. Relativos à superestrutura devem ser analisados aspectos como: o tipo de material que compõe a superestruturas b. Características e propriedades mecânicas do solo as investigações geotécnicas são primordiais e muito importantes para a definição do tipo de fundação mais adequado c. Posição e característica do nível d’água dados sobre o lençol freático são importantes para o estudo de um possível rebaixamento. d. Aspectos técnicos dos tipos de fundações Muitas vezes surgem algumas limitações a certos tipos de fundações em função da capacidade de carga, equipamentos disponíveis, restrições técnicas, tais como: nível d’água, matacões, camadas muito resistentes, repercussão dos prováveis recalques, etc. e. Edificações na vizinhança estudo da necessidade de proteção dos edifícios vizinhos, de acordo com o conhecimento do tipo e estado de conservação dos mesmos; como também a análise da tolerância aos ruídos e vibrações são indispensáveis. f. Custo Depois da análise técnica é feito um estudo comparativo entre as alternativas tecnicamente indicadas. De acordo com as dificuldades técnicas que possam elevar os custos, o projeto arquitetônico poderá ser modificado. 10 São Paulo Junho / 2018 g. Limitações dos tipos de fundações existentes no mercado determinadas regiões optam pela utilização mais frequente de alguns poucos tipos que se firmaram como mais convenientes localmente; o mercado torna-se limitado, sendo, portanto, necessária uma análise da viabilidade da utilização de um tipo de fundação tecnicamente indicada, mas não existente na região. O problema é resolvido por eliminação escolhendo-se, entre os tipos de fundações existentes, aqueles que satisfaçam tecnicamente ao caso em questão. Quando o terreno é formado por uma espessa camada superficial, suficientemente compacta ou consistente, adota-se previamente uma fundação do tipo sapata, que é o primeiro tipo de fundação a ser considerada. Existe certa incompatibilidade entre alguns tipos de solos e o emprego de sapatas isoladas, pela incapacidade desses solos de suportar as ações das estruturas. Em princípio,o emprego de sapatas só é viável técnica e economicamente quando a área ocupada pela fundação abranger, no máximo, de 50% a 70% da área disponível. De uma maneira geral, esse tipo de fundação não deve ser usado nos seguintes casos: • aterro não compactado; • argila mole; • areia fofa e muito fofa; • solos colapsáveis; • existência de água onde o rebaixamento do lençol freático não se justifica economicamente. O encaminhamento racional para o estudo de uma fundação, após o conhecimento das ações estruturais e características do solo, deve atender as indicações comentadas a seguir. Analisa-se inicialmente a possibilidade do emprego de fundações diretas. Sendo viável a fundação direta pode-se então compará-la com qualquer tipo de fundação profunda para determinação do tipo mais econômico. Não sendo viável o emprego das fundações rasas passa-se então a analisar a solução em fundações profundas (estacas ou tubulões). 11 São Paulo Junho / 2018 4 – ESTUDO DE CASO 4.1 – Localização da obra A obra para a qual o projeto de fundações é desenvolvido se localiza na cidade de Itajaí, Santa Catarina. O empreendimento se localiza na Rua Onze de Junho do Bairro Fazenda, localizado ao sul da cidade. Figura - Localização da obra (Google Earth) O terreno possui 1247 m², com uma profundidade máxima de 63 m e a frente do terreno com 21,50 m. 4.2 – Informações de sondagem Das três grandes edificações já existentes ao redor da obra, foram fornecidas informações de SPT sobre uma delas, a qual se localiza em frente ao terreno, do outro lado da Rua Onze de Junho. A empresa Solo Sondagem e Construções Ltda foi a responsável pelos serviços de execução de sondagem SPT, para a investigação das condições das camadas de solo do terreno e também a identificação do nível do lençol freático. 12 São Paulo Junho / 2018 Esta mesma empresa também conduziu o serviço de sondagem rotativa, para avaliar as condições de resistência e continuidade da camada impenetrável por ensaio SPT. Foram executados dois furos para ensaio SPT e um furo para a sondagem rotativa, igualmente distribuídos pelo terreno, como indicado na NBR abaixo. A NBR 8036 indica que o número de sondagens para um caso de a área de projeção em planta do edifício ser de até 1200 m² é de uma para cada 200 m². Como a área de projeção, neste caso, é de 900 m², deveriam ser executados quatro furos de investigação, portanto, a quantidade de furos de sondagem realizados não condiz com a norma. Porém, como já se possuía informações sobre outras obras 13 São Paulo Junho / 2018 acerca deste terreno, e os resultados foram semelhantes, não se executou mais furos além dos dois já previstos. Por se localizar em uma área próxima ao canal de Itajaí, já se esperava que o solo não apresentasse grande resistência e o nível do lençol freático fosse alto. As camadas são, quase predominantemente, de argilas, siltes e areias finas, com índice NSPT muito baixo. 14 São Paulo Junho / 2018 15 São Paulo Junho / 2018 16 São Paulo Junho / 2018 17 São Paulo Junho / 2018 5 – VIABILIDADE Viabilidade de Projetos omitem completamente a análise da viabilidade técnica, como se esta fosse implícita e automática. No entanto, não é possível imaginar um projeto viável economicamente sem ser tecnicamente viável. Também focar no melhor uso sustentável viabilidade deve ser redigido por profissional técnico capaz de identificar e quantificar a importância monetária, os materiais, os equipamentos e os recursos humanos mínimos para o início das atividades da fundação. Este profissional também deve identificar a estrutura mínima necessária para garantir à entidade a implementação de suas atividades de forma autossustentável ou através da captação de recursos externos. Também deverá constar do estudo de viabilidade a descrição e quantificação da estrutura física e de pessoal necessária. Neste sentido, recomenda-se a assessoria de profissionais atuantes nas áreas das atividades meio e fim da fundação. Qual a viabilidade econômica para as diferentes possibilidades de fundações propostas? Existe viabilidade técnica para essas possibilidades? “Fundações são os elementos estruturais destinados a transferir ao terreno as cargas de uma estrutura” (AZEVEDO, 1997, p. 29). São, portanto, o meio de ligação entre a superestrutura e o solo. Sendo assim, estas devem resistir adequadamente 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 (MELHADO ET AL, 2002). Melhado et al (2002) enfatizam que para a escolha da fundação mais adequada, deve-se conhecer os esforços atuantes sobre a edificação, as características geotécnicas do solo, bem como dos elementos estruturais que formam as fundações. “Analisa-se então, a possibilidade de utilizar os vários tipos disponíveis no mercado, em ordem crescente de complexidade e custos” (WOLLE,1993 APUD MELHADO ET AL, 2002, p. 1). De acordo com Brito (1987) apud Melhado et al (2002, p. 1) “fundações bem projetadas 18 São Paulo Junho / 2018 correspondem de 3% a 10% do custo total da edificação; porém, se forem mal concebidas e mal projetadas, podem atingir 5 a 10 vezes o custo da solução mais apropriada para o caso”. A organização das soluções propostas para cada função permitirá a montagem em uma matriz de síntese, formando um conjunto de possíveis soluções técnicas para o produto. Também A viabilidade de projeto verificará a capacidade técnica da empresa de projetar, prototipar, testar e certificar a solução. A equipe técnica da empresa pode ou não deter ou desenvolver a tecnologia; a contratação de novos técnicos ou, ainda, as terceirizações de parte do projeto podem ou não ser possíveis pela existência de competência externa disponível no prazo previsto para o desenvolvimento. Nessa verificação, será imprescindível a participação ativa das áreas de suprimentos e recursos humanos da empresa. Mas a viabilidade técnica ainda não está assegurada. É preciso também verificar a viabilidade de projeto, fabricação (e/ou implantação) e fornecimento, na qualidade, prazo e volume necessários para o projeto. O estudo da viabilidade técnica aqui terminado fornece as soluções tecnicamente viáveis, as quais (e somente elas) passarão à análise de viabilidade econômica e financeira do projeto. 19São Paulo Junho / 2018 6 - DIMENSIONAMENTO PARA FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS Como já foi verificado pelos laudos de investigação do subsolo que o tipo de fundação mais indicado para o caso é de fundação profunda, o dimensionamento para fundações superficiais foi feito apenas para demonstração. Assumindo a hipótese de um rebaixamento do lençol freático para a cota de -3 m, podemos fazer a execução das sapatas. Conforme o ensaio SPT, foram realizados dois furos e o que obteve melhores resultados de resistência foi o furo 01, por esse motivo utilizaremos os dados do mesmo. Para aproveitar a camada de maior resistência próxima a superfície, as sapatas ficaram apoiadas à cota de -2m. 6.1 - Pilar p25 O pilas P25 tem dimensão de 222x20 e tem carga axial máxima atuante, adicionam mais carga ao pilar a sobre carga, carga aparente e efeito do vento, totalizando 552,3 tf. O pilar tem momento atuante de -50 tf.f no eixo X e -3,9 tf.m no eixo Y. 6.2 - Capacidade de carga Adotando uma tensão inicial para o solo de 0.24 Mpa e utilizando a equação de Terzaghi com a proposição de Vesic constatamos que para sapatas retangulares, o bulbo de tensão é z= 3B, sendo assim o bulbo é igual a 21m. Conforme Teixeira (1996), a ruptura por puncionamento, devido à fraca resistência do solo, pode ocorrer quando o ângulo de atrito do solo é de 25º e o valor de coesão é 19 kPa. O valor de capacidade de carga por Terzaghi, por puncionamento, é de 0,37 MPa. Utilizando um fator de segurança de 3, a tensão admissível do solo fica em 0,123 MPa. As dimensões da sapata são de 8 m de comprimento e 6 m de largura. 20 São Paulo Junho / 2018 6.3 Recalque Foi utilizado o método de Scmertmann para o cálculo do recalque da sapata. Sapata com dimensões de 8,5 m de comprimento e 6,5 m de largura, obtendo uma tensão de 0,115 Mpa no solo. Assentamento da sapata feito na cota de -2 m, e a sobrecarga que atua sobre as camadas é de 32 kPa. Na cota de -6 m acontece o máximo fator de influência na deformação em z =b/2. Partindo deste valor calculamos os fatores de influência para cada camada, até z = 2/b, como o indeslocável fica antes da base do bulbo de recalque, limita o recalque até a camada logo acima da camada indeslocável. Foi calculado o valor de recalque imediato de 18,69 mm, e após o período de um ano foi calculado um recalque com valor de 22,43 mm. Os valores encontrados estão dentro dos parâmetros impostos por Terzaghi e Peck, para dar início a aparição dos problemas como trincas e desnivelamento da laje. 7 – MEMORIAL DE CÁLCULO 21 São Paulo Junho / 2018 22 São Paulo Junho / 2018 23 São Paulo Junho / 2018 24 São Paulo Junho / 2018 25 São Paulo Junho / 2018 8 – CONCLUSÃO Através de pesquisas realizadas pelo grupo e as aulas ministradas pelo professor em sala, concluímos que é de suma importância o estudo do solo onde iremos construir edifício, pontes, viadutos casas, etc. A importância de se conhecer as particularidades de cada camada do solo, como índices físicos, caracterização e resistência. Nessa fase, é possível identificar se o terreno é arenoso ou não. A análise determinante para essa finalidade é a granulometria em laboratório que iremos realizar o ensaio no semestre que vem no laboratório da universidade. Embora, na prática, o teste mais realizado é o de campo, do tipo Standard Penetration Test (SPT), com uma análise tátil-visual do sondador. Através dos estudos do solo e viabilidade técnica e de projeto, podemos escolher a melhor fundação para a construção, evitando assim, grandes adicionais financeiros futuros ou até mesmo problemas irreversíveis. Há testes muito bons que são feitos antes de iniciar qualquer intervenção no terreno e outros que são feitos durante a execução para controlar o trabalho que está sendo executado, obtendo maior segurança na escolha da fundação que estudamos nesse trabalho. 26 São Paulo Junho / 2018 9 - BIBLIOGRAFIA http://blogpraconstruir.com.br/etapas-da-construcao/sapata-corrida/ http://www.mapadaobra.com.br/negocios/sapata-corrida/ http://blog.engpaulovitor.com/2018/01/06/criterios-basicos-para-escolha-do-tipo-de- fundacao-mais-adequada/ http://repositorio.unesc.net/bitstream/1/898/1/Tiago%20Prud%C3%AAncio.pdf https://vanzolini.org.br/weblog/2014/10/16/a-viabilidade-de-projetos-em-dez-licoes/ https://www.feescti.org/single-post/2016/06/30/Sistema-de-An%C3%A1lise-de- Viabilidade JOPPERT JUNIOR, Ivan. Fundações e contenções de edifícios: qualidade total na gestão do projeto e execução. São Paulo: PINI, 2007 VELLOSO, D.A.; LOPES, F.R. Fundações. São Paulo, Oficina de Textos. 2011. VESIC, A.S. (1975). Bearing capacity of shallow foundations. Department of Civil Engineering, Duke University.
Compartilhar