Relatório de Fundações Rasas

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
DEPARTAMENTO DE GEOTECNIA
RELATÓRIO DE PROJETO DE FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS
Recife, 2017
João Victor de Souza Campêlo Braga
Mateus Gusmão Brindeiro
Tiago Conceição Moraes Barros
André Luiz Marinho de Souza
Poliana Miranda Rangel
Marcelo Nogueira Silva
RELATÓRIO DE PROJETO DE FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS
Relatório técnico de projeto de fundações superficiais, como parte do segundo exercício escolar da disciplina de Fundações 1 (2017.2), no Curso de Engenharia Civil, na Universidade Federal de Pernambuco. 
Prof. Bernard Bulhões Pedreira Genevois
Recife, 2017
SUMÁRIO
1. APRESENTAÇÃO	4
2. CARACTERIZAÇÃO DA OBRA	4
3. CARACTERIZAÇÃO DO PERFIL GEOTÉCNICO	4
4. FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS	5
4.1 ESTIMATIVA DA TENSÃO ADMISSÍVEL	5
4.2 DIMENSIONAMENTO DE SAPATAS ISOLADAS EM SOLO ORIGINAL	6
4.3 ANÁLISE CONSTRUTIVA E INCONVENIENTES NO SOLO ORIGINAL	7
4.4 MELHORAMENTO DO SOLO	7
4.4.1 MÉTODO DE JAIME GUSMÃO	7
4.4.2 ESTACAS DE AREIA: DIMENSIONAMENTO E LOCAÇÃO	8
4.5 DIMENSIONAMENTO DE SAPATAS EM SOLO MELHORADO	9
4.5.1 SAPATAS ISOLADAS	9
4.5.2 SAPATAS ASSOCIADAS	10 
 4.5.3 SAPATAS DE DIVISA................................................................................. 10
5. CONCLUSÕES	11
6. ANEXOS	12
1. APRESENTAÇÃO
	O presente relatório consiste em um estudo de dimensionamento de fundações superficiais de um determinado edifício. Para tal, foram aplicados os conhecimentos adquiridos ao longo desse semestre letivo na disciplina de Fundações, ministrada pelos docentes Washington Moura Júnior e Bernard Bulhões Pedreira Genevois.
	Para realização deste trabalho, foram fornecidos aos alunos a planta de locação dos pilares do edifício com suas respectivas cargas, bem como os resultados da investigação do subsolo através de três furos de sondagem do tipo SPT, por meio do qual foi possível traçar o perfil geotécnico do terreno em questão.
	Neste documento serão apresentados os estudos geotécnicos realizados e as principais soluções alcançadas, sempre levando em consideração questões técnicas, de segurança e econômicas.
2. CARACTERIZAÇÃO DA OBRA 
O empreendimento estudado trata-se de um edifício. Os esforços estruturais, estáticos e dinâmicos, dos pilares estão dispostos conforme a Planta de Cargas disponibilizada pelo professor.
3. CARACTERIZAÇÃO DO PERFIL GEOTÉCNICO
Para a caracterização dos perfis do solo existente no terreno estudado, foram disponibilizados os resultados de três furos de sondagem de simples reconhecimento SPT, a partir do qual pudemos obter também a profundidade do nível d’água e índice de resistência à penetração. Vale ressaltar que a locação dos furos não foi disponibilizada, portanto sua escolha foi feita de maneira tal que os dados fornecidos tenham uma maior representatividade da área do terreno, possibilitando uma melhor caracterização do solo.
Através dos perfis de sondagem, foi feita uma análise geotécnica do local de implantação da obra e a caracterização das camadas do subsolo para posterior dimensionamento das fundações. É importante observar que se trata de uma estimativa, visto que os dados geotécnicos fornecidos não permite a construção muito detalhada do subsolo. O perfil encontrado está exposto no Anexo 6.1.
Após a construção do perfil geotécnico, pode-se observar a constituição do solo, o qual é constituído predominantemente de areia fina pouco compactada. O nível d’água encontrado foi de -1,00 m em relação ao meio fio. Sabe-se que é ideal que o nível d’água esteja abaixo da base das sapatas.
4. FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS
	As fundações superficiais, ou rasas, são assim chamadas por se apoiarem a pequenas profundidades, em relação ao solo circundante, de forma que atenda a especificação D < 2B, sendo D a profundidade da sapata e B a largura da mesma.
	Sendo assim, associadas à facilidade de execução, bem como às vantagens econômicas trazidas por esse tipo de fundação, as sapatas são encaradas como uma boa solução construtiva a ser analisada inicialmente, devendo passar por um processo de verificação de sua viabilidade para a obra em questão. 
	4.1 ESTIMATIVAS DA TENSÃO ADMISSÍVEL
	
	Nesse contexto, parte-se inicialmente para a estimativa da tensão admissível das sapatas a partir dos três furos de sondagem disponibilizados para a concepção do projeto. Para fins de simplificação, foram relacionados os valores de SPT informados com suas respectivas profundidades, obtendo, assim, a tabela disposta no anexo 6.2.
	De posse desses dados, foi aplicado o método empírico do bulbo de tensões demonstrado abaixo para estimar a tensão admissível pelo NSPT médio em uma profundidade até 1,5B a partir da cota da fundação (para B a menor largura da sapata em questão). 
	Com o objetivo de obter as possíveis tensões admissíveis durante o processo de dimensionamento da fundação superficial, foi criada uma espécie de banco de dados compreendendo as diversas larguras de sapatas (em cada furo) com suas respectivas tensões admissíveis como mostrado em anexo 6.3.
	4.2 DIMENSIONAMENTO DE SAPATAS ISOLADAS EM SOLO ORIGINAL
	Para se iniciar o processo de dimensionamento das sapatas isoladas, foram analisadas as cargas atuantes no solo devido a duas parcelas: a da própria estrutura em que se deseja realizar a construção (cargas estáticas) e a ação do vento como cargas dinâmicas.
	Para efeitos de cálculo do projeto, a carga atuante, P, em cada pilar foi obtida através da soma das cargas estática e dinâmica, enquanto que para a carga máxima atuante, P máx, foi considerado também o maior momento causado pela ação do vento, isto é, levou-se em conta a pior situação a partir de uma única direção do vento. 
	Com isso, segue o processo de cálculo tradicional para o dimensionamento das sapatas, com as seguintes considerações:
	1) Dados em planta as medidas ‘a’ e ‘b’, correspondentes às dimensões de cada pilar, foi respeitado no dimensionamento a relação A – a = B – b , sendo A e B as dimensões do elemento de fundação;
	2) Com base no banco de dados de tensões admissíveis, estimou-se para a largura da sapata já dimensionada, supondo quadrada, a sua respectiva tensão admissível;
	3) Daí, por meio da expressão abaixo, pode-se calcular o P máx atuante devido a ação estática e dinâmica, devendo esse valor não ser inferior a carga atuante P na sapata.
	4) Destaca-se que todo o processo de dimensionamento consiste num contínua iteração para atender aos requisitos de verificação do item 3, além de uma análise de otimização de sua área.
	Sendo assim, o memorial de cálculo disponibilizado em anexo apresenta todos os pilares devidamente conformes às verificações impostas.
	4.3 ANÁLISE CONSTRUTIVA E INCONVENIENTES NO SOLO ORIGINAL
	
	Após a conclusão do processo de dimensionamento de sapatas isoladas em solo original, partiu-se para a locação das mesmas em planta, verificando alguns inconvenientes para se adotar essa solução como fundação da obra, a dizer:
	a) Superposição considerável de várias sapatas dimensionadas, inviabilizando seu processo construtivo;
	b) Grande ocupação das sapatas na área do terreno, o que implica custos elevados de escavação e da própria execução, onerando de forma a inviabilizar economicamente essa solução.
	Como alternativa, buscou-se realizar um processo de melhoramento do solo do terreno a fim de analisar, com isso, a viabilidade da solução por fundação superficial ou rasa.
	4.4 MELHORAMENTO DO SOLO
		
	A implantação da solução de melhoramento da camada superficial através de estacas de areia compactadas foi realizada com o objetivo da redução da área das sapatas e dos custos. Como o melhoramento possibilita uma elevação da taxa de trabalho do terreno, permitirá uma substancial diminuição nos volumes de escavação e de concreto das fundações projetadas.
		 4.4.1 MÉTODO DE JAIME GUSMÃO FILHO
	Dentre as técnicas utilizadas para o melhoramento de solos a compactação através de estacas de areia, ou de areia e brita, tem sido muito difundida na prática paraedifícios altos no Recife, de acordo com GUSMÃO FILHO (1998).
	Este processo consiste na compactação de camadas mais próximas de areia, a fim de alterar as propriedades do solo, como: aumento da densidade e da resistência ao cisalhamento (efeito na melhoria da estabilidade), redução da compressibilidade (diminuindo-se a deformação) e diminuição do tempo de adensamento devido à eficiência de drenagem.
Na estimativa dos parâmetros do solo melhorado, é possível, por intermédio de uma relação com o auxílio do gráfico abaixo estimar o valor do Nspt final (Nf) com base no Nspt inicial (Ni):
 
	 Sendo assim, são refeitos os cálculos de tensão admissível através do método empírico do bulbo de tensões, atualizando o banco de dados do item 4.1, como pode ser visto em anexo 6.6.
	4.4.2 ESTACAS DE AREIA: DIMENSIONAMENTO E LOCAÇÃO
A técnica de melhoramento a ser utilizada no projeto analisado consiste no uso de estacas de areia no terreno, a fim de obter os possíveis coeficientes k para o melhoramento do solo. 
A técnica apresentada por Jaime Gusmão Filho consiste em utilizar estacas de areia de diâmetro de 300 mm, em diferentes situações, assim como apresentando a malha na qual as estacas estarão distribuídas, assim como na tabela abaixo.
	Caso
	Descrição da Camada
	L (m)
	D (mm)
	Malha (m)
	Material da estaca
	01
	Areia fina e média com pouca mat orgânica
	3,50
	300
	1,00 x 1,00
	Areia
	02
	Areia média e fina com pouca mat orgânica
	3,50
	300
	1,00 x 1,00
	Areia e Brita
	03
	Areia fina e média
	4,00
	300
	0,90 x 0,90
	Areia e Brita
	04
	Areia fina e média pouco siltosa
	4,00
	300
	0,90 x 0,90
	Areia e brita
	05
	Areia fina e média siltosa
	7,50
	300
	0,80 x 0,80
	Areia ou Areia e brita
	
	
	4,00
	300
	0,90 x 0,90
	Areia e brita
	06
	Areia fina e média, com pedregulho
	4,00
	300
	1,00 x 1,00
	Areia e brita
O método a ser considerado consiste no caso 3, com areia fina e média, em que a malha fica somente abaixo da sapata construída. Dessa forma, as estacas de areia foram instaladas na área imediatamente abaixo da sapata, obedecendo a malha estabelecida, para que o melhoramento possa ser feito com eficiência.
As profundidades das estacas de areia variam com a influência da sapata, logo, para uma mesma sapata, todas as estacas que serão projetadas sob ela vão ter uma profundidade igual e de comprimento suficiente para atender o bulbo de tensões fornecido para aquele tipo de sapata, no caso 1,5 vezes o tamanho de sua largura. Entretanto, como observado na tabela apresentada acima, o comprimento da estaca já é fornecido pelo tipo de situação e, no caso, é o que será utilizado em todas as sapatas que necessitem o melhoramento. 
A técnica de melhoramento do solo foi somente realizada na área do edifício, em que reúne as principais cargas do empreendimento, para que a área da sapata possa ser significativamente reduzida, e que não houvesse superposição excessiva das sapatas. Ainda ocorreu superposição de sapatas. Todos os detalhes calculados de todas as sapatas para solução com melhoramento estão detalhados nos próximos itens.
	4.5 DIMENSIONAMENTO DE SAPATAS EM SOLO MELHORADO
		4.5.2 SAPATAS ISOLADAS 
	Após o melhoramento do solo, obtêm-se novos valores NSPT, estes sendo maiores que os antigos. Assim, com esses novos NSPTs obtêm-se novos valores de capacidade de carga, maiores que os anteriores. Detendo estes valores de capacidade de carga atualizados (anexo 6.6), foram novamente dimensionadas as sapatas isoladas, de forma análoga ao dimensionamento explicado no item 4.2.
	Os resultados das dimensões obtidas das sapatas após o melhoramento seguem no anexo 6.7. 
		4.5.3 SAPATAS ASSOCIADAS
	Mesmo após o melhoramento do solo, ainda houve casos de superposição de sapatas sendo estas (P4 e P9) e (P5 e P10). Ainda ocorreu o fato de que algumas sapatas ficaram muito próximas umas das outras, o que tornou interessante associa-las, sendo elas as sapatas (P1 e P2 com P7), (P3 e P8), (P6 e P11) e (P12 e P13).
	Nestes casos, houve a necessidade de ser feita sapatas associadas, que consistiam na unificação das duas sapatas, em outras palavras, cada par de pilares (P4 e P9), (P5 e P10), (P1 e P2), (P3 e P8), (P6 e P11) e (P12 e P13) seriam apoiados em uma única sapata, a qual teria seu centro de gravidade alinhado com os centros dos pilares.
	O dimensionamento das sapatas associadas foi feito fixando a largura da sapata (B), a critério dos projetistas. A partir desta arbitragem, foram calculados (L1) e (L2) que correspondem às distâncias entre as laterais externas dos pilares com as laterais da sapata e foi obtido a partir da planta de situação dos pilares, o valor de (L0) que é a distância entre os centros dos pares de pilares. O valor do comprimento (L) da sapata associada foi obtida somando-se os valores de (L0), (L1) e (L2). O valor da tensão admissível utilizado foi o de menor valor entre os encontrados para cada par de pilares no dimensionamento como se fosse sapatas retangulares.
4.5.1 SAPATAS DE DIVISA 
Nas sapatas de divisa, é importante salientar que não houve melhoramento fora da lâmina do prédio. Sendo assim, o procedimento de cálculo consistiu em adotar um padrão de relação A/B (dimensões das sapatas) igual a 2, alterando apenas a excentricidade existente entre o pilar e a sapata de divisa. Daí fez-se iteração até obter dimensões adequadas que satisfaziam a obtenção da reação R1 menor que a reação máxima.
	5. CONCLUSÕES
	Diante do exposto, os processos de cálculo realizados desde o início foram cuidadosos e revisados continuamente para garantir uma maior precisão no dimensionamento em que se objetivou. 
	A partir da análise criteriosa das sondagens disponibilizadas, foi gerado um perfil geotécnico que evidenciou, em solo não melhorado, uma inviabilidade construtiva da mesma, o que permitiu aos projetistas analisar o melhoramento do mesmo como alternativa para execução da fundação por sapatas. 
	Dessa forma, como comprovado em fontes bibliográficas seguras e confirmadas em cálculo, o melhoramento obteve sucesso quanto à viabilidade construtiva, porém para a realização da fundação em sapatas retangulares ou quadradas, teria que ser realizado o rebaixamento do nível d’agua, o que encareceria muito a obra, além de, em projeto, buscar-se uma uniformidade na execução das mesmas, tendo em vista a facilidade construtiva e as vantagens que esse processo proporciona, onde ficou determinado que a profundidade das bases das saparas, estariam a 1m. Com a impossibilidade de se realizar todas as fundações em sapatas retangulares ou quadradas, fez-se o dimensionamento de alguns pares de sapatas para serem sapatas associadas.
É recomendável uma criteriosa fiscalização na execução do melhoramento, bem como na aplicação da metodologia de execução da fundação superficial a fim de aprimorar os parâmetros de análise do solo e, por fim, contribuir para a construção saudável (em âmbito econômico e técnico) das sapatas.
14
6. ANEXOS
	6.1 Perfil Geotécnico da obra
 
6.2 - Valores de SPT em função das profundidades de cada furo utilizando o método empírico do bulbo de tensões:
6.3 - Determinação da tensão admissível das sapatas:
6.3.1 - Considerando base quadrada com a base da sapata a 1,0m de profundidade.
6.4	 Dimensionamento das sapatas isoladas em solo original.
6.5 Planta de locação das sapatas isoladas em solo original em escala.
	6.5.1 – Sem melhoramento com sapata a 1,0m.
	
6.6 - Melhoramento de solo pelo método de Jaime Gusmão.
	6.6.1 - Tensões admissíveis em solo melhorado com sapata a 1,0m.
6.7 - Dimensionamento das sapatas isoladas em solo melhorado.
6.8 - Dimensionamento dos pares de sapatas associadas em solo melhorado.
6.9 - Planta de locação das estacas de areia e das sapatas em solo melhorado.
	6.9.1 – Com melhoramento com sapata a 1,0m (Solução Final).