Fundações Profundas - Aula 01

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Mecânica dos Solos e Fundações
Prof. Carlos Rinck
CURSO: Engenharia Civil
SÉRIE: 9o Semestre
DISCIPLINA: Fundações Profundas
CARGA HORÁRIA SEMANAL: 03 Horas/Aula 
CARGA HORÁRIA SEMESTRAL: 60 Horas
 
I - EMENTA
Conceituação das fundações diretas ou obras de infra-estrutura nas construções civis, com aplicações práticas nos principais tipos de construção.
 
II - OBJETIVOS GERAIS
Fornecer ao aluno de Engenharia civil os conceitos gerais de fundações diretas de estruturas, com ênfase para as fundações de Residências e Edifícios, mediante estudo da interação solo-estrutura.
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III - OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Capacitar o aluno para realizar: Investigações geotécnicas para estudo de obras de fundações diretas. Estudo de diferentes tipos de fundações diretas envolvendo conceitos teóricos e práticos métodos de construtivos e dimensionamentos. Escolha do tipo de fundação direta. Escavação de valas e escoramento lateral. Projeto e execução de fundações diretas.
 
IV - CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
Fundações Diretas. Investigações geotécnicas. Correlações empíricas para determinação de parâmetro de projeto. Sondagens tipo SPT e Capacidade de Carga. Determinação da tensão admissível do terreno. Prova de carga em terreno de fundação. Sapatas Rasas. Conceitos gerais. Sapata Corrida. Dimensionamento e execução. Sapatas Isoladas. Dimensionamento e execução. Sapata de divisa. Viga alavanca. Fundação tipo Radier. Estudo dos recalques das fundações diretas.
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V - BIBLIOGRAFIA
 
Básica
HACHICH, W. “Fundações - Teoria e Prática”, 2a Edição, Editora PINI, São Paulo, 2003.
VELLOSO, D.; LOPES, F.R. “Fundações”, Volumes 1 e 2, Editora Oficina Texto, Rio de Janeiro, 2004.	
SIMONS N.; MENZIES B. “Introdução à Engenharia de Fundações”, Editora Interciência, Rio de Janeiro, 1981.
DAS, BRAIA M.; “Fundamentos de Engenharia Geotécnica”, Editora Cengage Learning, São Paulo, 2009.
RODRIGUES, J. C. “Geologia para Engenharia Civil”, Editora Mc Graw Hill, São Paulo, 2000.
PINTO, C. de S. “Curso Básico de Mecânica dos Solos”, Editora Oficina de Textos, São Paulo, 2000.
CARDOSO, R. R. “Fundações: engenharia aplicada”, Editora Nobel, São Paulo, 1986.
MILITITSKY, JARBAS; SCHNAID, FERNANDO; CONSOLI, NILO CESAR; “Patologia das 
Fundações”, Editora Oficina de Textos, São Paulo, 2005.
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V - BIBLIOGRAFIA
 
Complementar
DAS, BRAJA M., “Fundamentos de Engenharia Geotécnica”; Editora Thomson Learning, São Paulo, 2006.
CAPUTO, H. P. “Mecânica dos Solos e suas Aplicações”, Editora LTC, Rio de Janeiro, 2001. 
WICANDER, R.; MONROE, JAMES S.; “Fundamentos de Geologia”, Editora Cengage Learning, São Paulo, 2009.	
POPP, S. H. “Geologia Geral”, Editora LTC, Rio de Janeiro, 1987.
PINTO, Carlos de Sousa. “Curso Básico de Mecânica dos Solos”, Editora Oficina de Textos, São Paulo, 2006.
ALONSO, Urbano Rodriguez. “Exercícios de Fundações”, 9a Edição, Editora Edgard Blucher, São Paulo, 1995.
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LIVRO COM ÓTIMA BASE PARA OS ASSUNTOS DISCUTIDOS EM SALA DE AULA
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Estacas de Madeira
As estacas de madeira são troncos de árvore cravados com bate-estacas de pequenas dimensões e martelos leves. Antes da difusão da utilização do concreto, elas eram empregadas quando a camada de apoio às fundações se encontrava em profundidades grandes. Para sua utilização, é necessário que elas fiquem totalmente abaixo d’água; o nível d’água não pode variar ao longo de sua vida útil.
Utilizam-se estacas de madeira para execução de obras provisórias, principalmente em pontes e obras marítimas. Os tipos de madeira mais usados são eucalipto, aroeira, maçaranduba, peroba-do-campo, ipê e guarantã.
IMPORTANTE ATENDER À NBR 7190/97
AÇÕES NAS ESTRUTURAS, PROPRIEDADES DA MADEIRA E DIMENSIONAMENTO 
NOS ESTADOS LIMITES DE UTILIZAÇÃO
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Estacas de Madeira
O diâmetro médio deste tipo de estaca varia de 22 a 30 cm (sendo que o mínimo na ponta deve ser de 15cm) e o seu comprimento se limita a 12m (quando se necessita mais que 12m, é usual emendar-se duas estacas por meio de talas)
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VENEZA - Itália
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Teatro Municipal do Rio de Janeiro
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Teatro Municipal do Rio de Janeiro
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Estacas Metálicas
As estacas metálicas podem ser perfis laminados, perfis soldados, trilhos soldados ou estacas tubulares. 
Podem ser cravadas em quase todos os tipos de terreno; possuem facilidade de corte e emenda; podem atingir grande capacidade de carga; trabalham bem à flexão; e, se utilizadas em serviços provisórios, podem ser reaproveitadas várias vezes. 
Seu emprego necessita cuidados com a corrosão. 
Sua maior desvantagem é o custo maior em relação às estacas pré-moldadas de concreto, Strauss e Franki.
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EXECUÇÃO
As estacas metálicas podem ser cravadas com a utilização de martelos de queda livre, martelos hidráulicos, martelos a diesel, martelos pneumáticos e martelos vibratórios. 
A escolha de um ou outro martelo depende, principalmente, das características do solo, do comprimento da estaca e do nível de ruído e vibração. 
Da boa escolha do martelo resultará um melhor desempenho do processo de cravação, em particular quanto às vibrações e ao ruído que, hoje em dia, em centros urbanos, acabam sendo condicionantes para a escolha do tipo de estaca e, quando cravada, do tipo de martelo. 
Qualquer que seja o martelo empregado, o controle da cravação é feito tradicionalmente pela nega, pelo repique e, em algumas obras, pelo ensaio de carregamento dinâmico (NBR13208: 2007). 
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EXECUÇÃO
Nega é o processo pelo qual uma estaca cravada, praticamente não crava mais no solo, para isso usa-se métodos para calcular essa nega.
Geralmente usa-se 10 golpes do pilão para se cravar 1 ou 2 centímetros e repete-se 3 vezes esse processo.
Acontecendo isso (cravas no máximo 2 cm), podemos afirmar que a estaca está bem apoiada no solo, ou seja, "deu nega“
Repique é a parcela elástica do deslocamento máximo de uma seção da estaca, decorrente da aplicação de um golpe de pilão. A verificação do repique é feita por meio de um gráfico traçado no final da cravação para os últimos 10 golpes de cada estaca. 
O gráfico é traçado em uma folha de papel colada na superfície da estaca com um lápis que desliza horizontalmente sobre uma régua no momento da cravação, medindo-se assim a cada golpe do martelo o deslocamento vertical da estaca.
Leia mais em: http://www.ecivilnet.com/dicionario/o-que-e-repique-elastico.html
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Estacas Pré-Moldadas de Concreto
Estas estacas podem ser de concreto armado ou protendido e, como decorrência do problema de transporte e equipamento, têm limitações de comprimento, sendo fabricadas em segmentos, o que leva em geral à necessidade de grandes estoques e requerem armaduras especiais para içamento e transporte.
Costumam ser pré-fabricadas em firmas especializadas, com suas responsabilidades bem definidas, ou no próprio canteiro, sempre num processo sob controle rigoroso.
O comprimento de cravação real às vezes difere do previsto pela sondagem, levando a duas situações: a necessidade de emendas ou de corte. 
No caso de emendas, geralmente constitui-se num ponto crítico, dependendo do tipo de emenda: luvas de simples encaixe, luvas soldadas, ou emenda com cola epóxi através de cinta metálica e pinos para encaixe, este último tipo mais eficiente.
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Estacas Pré-Moldadas de Concreto
Quando o comprimento torna-se muito grande, há um limite para o qual não há comprometimento da linearidade da estaca, o que exige certo controle. Por outro lado, quando há sobra, o corte ou arrasamento deve ser feito de maneira adequada no sentido de evitar danos à estaca.
Apresenta-seem várias seções (versatilidade): quadradas, circulares, circulares centrifugadas, duplo “T”, etc.
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Estacas Mega
É constituída de elementos justapostos (de concreto armado, protendido ou de aço) ligados uns aos outros por emenda especial e cravados sucessivamente por meio de macacos hidráulicos.
Estes buscarão reação ou sobre a estrutura existente ou na estrutura que esteja sendo construída ou em cargueiras especialmente construídas para tanto (cravação estática). A solidarização da estaca com a estrutura é feita sob tensão: executa-se um bloco sobre a extremidade da estaca;
Com o macaco hidráulico comprime-se a estaca calçando a estaca sob a estrutura; retira-se o macaco e concreta-se o conjunto. Costumam ser utilizadas para reforço de fundações, mas às vezes também são empregadas como solução direta, permitindo em alguns casos até a execução da estrutura antes da fundação.
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Estacas tipo Franki 
Executado no Brasil pelo menos desde os anos 1940, esse método consiste na produção de estacas de concreto armado com base alargada e com tubo que pode ser posteriormente recuperado, obtida pela introdução de material granular ou concreto por meio de golpes de um pilão. 
A técnica é indicada quando a camada resistente está em profundidades variáveis. Também pode ser aproveitada em terrenos com pedregulhos ou pequenos matacões relativamente dispersos. 
Contudo, não é recomendada para execução em terrenos com matacões quando as construções vizinhas não podem suportar grandes vibrações e em terrenos com camadas de argila mole saturada.
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Assim como as demais estacas moldadas no local, a Franki permite atingir o comprimento desejado, podendo chegar a grandes profundidades. Além disso, a existência da base alargada aumenta a capacidade de carga da estaca.
As limitações dessa tecnologia dizem respeito à vibração do solo durante a execução, podendo atrapalhar e até danificar construções vizinhas. 
A cravação pode provocar o levantamento das estacas já instaladas devido ao empolamento do solo circundante que se desloca lateral e verticalmente. 
Além disso, a estaca danificada pode ter sua capacidade de carga prejudicada ou perdida devido à ruptura do fuste ou pela perda de contato da base com o solo de apoio. Por causa dos impactos gerados na vizinhança, essa tecnologia é cada vez menos utilizada em grandes centros urbanos.
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Estacas Strauss
Também muito tradicionais, as estacas Strauss são moldadas in loco com 25 cm a 55 cm de diâmetro. Elas são executadas por escavação mecânica por meio de balde-sonda ou piteira, com uso parcial ou total de revestimento recuperável, e posterior concretagem. Essa técnica é usada principalmente em locais confinados, terrenos acidentados e interior de construções existentes com o pé-direito reduzido. Pode ser utilizada também em locais com restrições a vibrações.
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Em comparação com as estacas Franki, as Strauss têm capacidade de carga menor. Uma estaca com 25 cm de diâmetro, por exemplo, pode suportar até 20 t. Já um elemento de 38 cm chega a suportar 40 t. 
Esse tipo de tecnologia possui limitação quanto ao nível do lençol freático. Também apresenta dificuldade para escavar solo mole de areia fofa por causa do estrangulamento do fuste. 
Por outro lado, o equipamento utilizado é leve e de pequeno porte, facilitando a locomoção dentro da obra e possibilitando a montagem do equipamento em terrenos de dimensões reduzidas.
O processo de execução inicia-se com a abertura de um furo no terreno com um soquete para colocação do primeiro tubo (coroa). Em seguida, aprofunda-se o furo com golpes de sonda de percussão. À medida que o tubo desce, rosqueia-se o tubo seguinte até a escavação atingir a profundidade determinada. O concreto é, então, lançado e apiloado com o soquete. Após a concretagem, colocam-se barras de aço de espira para ligação com blocos e baldrames na extremidade superior da estaca.
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Estacas Raiz
É uma estaca de pequeno diâmetro concretada “in loco”, cuja perfuração é realizada por rotação ou roto percussão, em direção vertical ou inclinada. Essa perfuração se processa com um tubo de revestimento e o material escavado é eliminado continuamente, por uma corrente fluida (água, lama bentonítica ou ar) que introduzida através do tubo refluí pelo espaço entre o tubo e o terreno.
Completada a perfuração, coloca-se a armadura ao longo da estaca, concretando-se à medida em que o tubo de perfuração é retirado. A argamassa é constituída de areia peneirada e cimento, acrescida de aditivos fluidificantes adequados para cada caso.
A concretagem é feita através de um tubo introduzido até o fundo da estaca, por onde é injetada a argamassa, dosada com 500 a 600 kg de cimento por metro cúbico de areia peneirada, com relação água/cimento de 0,4 a 0,6.
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Estacas Raiz
Quando o tubo de perfuração estiver totalmente cheio com a argamassa, a sua extremidade superior é tamponada e aplicada uma pressão com ar comprimido. 
A pressão aplicada na argamassa é função da absorção pelo terreno da mesma e deve ser, no mínimo de 4,0kgf/cm². 
Esta pressão provoca a penetração da argamassa no solo aumentando substancialmente o atrito lateral e garantindo a continuidade do fuste. 
Inicia-se o saque dos tubos de perfuração por intermédio de macacos hidráulicos, procedendo-se a cada trecho de elementos de tubo sacado, a complementação do nível de argamassa no interior do tubo e a aplicação de uma nova pressão. Continuando com este procedimento até o fuste da estaca ficar totalmente concluído com a retirada de todos os tubos de perfuração. 
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Estacas Raiz
Durante o processo de concretagem o furo permanece revestido. Quando o tubo de perfuração está preenchido é montado um tampão em sua extremidade superior e se extrai a coluna de perfuração aplicando-se ao mesmo tempo ar comprimido.
Assim, a composição e a consistência do aglomerado que é utilizado na fabricação da argamassa, a armação longitudinal, o processo de perfuração e o emprego de ar comprimido na concretagem, em conjunto, concorrem para conferir à estaca uma adequada resistência estrutural e ótima aderência ao terreno, o que garante uma elevada capacidade de carga.
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Estacas Raiz
A estaca raiz pode ser utilizada nos seguintes casos:
– em áreas de dimensões reduzidas;
– em locais de difícil acesso;
– em solos com presença de matacões, rocha ou concreto;
– em solos onde existem “cavernas” ou “vazios”;
– em reforços de fundações;
– para contenção lateral de escavações;
– em locais onde haja necessidade de ausência de ruídos ou de vibrações;
– quando são expressivos os esforços horizontais transmitidos pela estrutura às estacas de fundação (muros de arrimo, pontes, carga de vento, etc.);
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Estacas Raiz
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Estacas Raiz
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Estacas Raiz
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Estacas Escavadas e Barretes
Estaca escavada, também chamada de estacão, é aquela com seção circular, executada por escavação mecânica com equipamento rotativo, utilizando lama bentonítica e concretada com uso de tremonha (tremie).
A estaca barrete possui seção retangular, executada por escavação com guindaste acoplado com "clamshell", também utilizando lama bentonítica e concretada com uso de tremonha.
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Estacas tipo Hélice Contínua
O uso das estacas hélice contínua existe há vários anos e a sua origem foi nos Estados Unidos. Além da execução da estaca, o equipamento de hélice contínua pode ser usado ainda para:
Em função do torque dos equipamentos ter aumentado significativamente nos últimos anos, tem sido possível executar estacas de maiores diâmetro e bem mais profundas,além de se poder perfurar terrenos cada vez mais resistentes.
Uma das mais importantes características da estaca hélice contínua é que não produz vibrações, por isso é muito usada em centros urbanos e nas áreas que possuem equipamentos sensíveis.
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Estacas tipo Hélice Contínua
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6122/2010 – Anexo F – Estacas Hélice Contínua Monitorada – Procedimentos Executivos
Não se devem executar estacas com espaçamento inferior a 5 diâmetros em intervalo inferior a 12 horas. Esta distância se refere à estaca de MAIOR diâmetro. Veja:
O consumo de cimento não deve ser inferior a 400kg/m³
Fck deve ser de no mínimo 20MPa aos 28 dias
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Estacas tipo Hélice Contínua
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Metodologia executiva - Perfuração
A perfuração consiste em fazer a hélice penetrar no terreno por meio de torque apropriado para vencer a sua resistência.
A haste de perfuração é composta por uma hélice espiral solidarizada a um tubo central, equipada com dentes na extremidade inferior que possibilitam a sua penetração no terreno.
A metodologia de perfuração permite a sua execução em terrenos coesivos e arenosos, na presença ou não do lençol freático e atravessa camadas de solos resistentes com índices de SPT acima de 50 dependendo do tipo de equipamento utilizado.
A velocidade de perfuração produz em média 250m por dia dependendo do diâmetro da hélice, da profundidade e da resistência do terreno.
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Metodologia executiva – Concretagem
Alcançada a profundidade desejada, o concreto é bombeado através do tubo central, preenchendo simultaneamente a cavidade deixada pela hélice que é extraída do terreno sem girar ou girando lentamente no mesmo sentido da perfuração.
O concreto normalmente utilizado apresenta resistência característica fck de 18 Mpa, é bombeável e composto de areia, pedriscos ou brita 1 e consumo de cimento de 350 a 450 Kg/m3, sendo facultativa a utilização de aditivos.
O abatimento ou "Slump" é mantido entre 200 e 240mm. Normalmente é utilizada bomba de concreto ligada ao equipamento de perfuração através de mangueira flexível. 
O preenchimento da estaca com concreto é normalmente executado até a superfície de trabalho sendo possível o seu arrastamento abaixo da superfície do terreno guardadas as precauções quanto a estabilidade do furo no trecho não concretado e a colocação da armação.
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Metodologia executiva – Colocação da armação
O método de execução da estaca hélice contínua exige a colocação da armação após a sua concretagem.
A armação, em forma de gaiola, é introduzida na estaca por gravidade ou com o auxílio de um pilão de pequena carga ou vibrador. 
As estacas submetidas a esforços de compressão levam uma armação no topo, em geral de 2 a 5,5m de comprimento. 
No caso de estacas submetidas a esforços transversais ou de tração, somente será possível para comprimentos de armações de no máximo 16m, em função do método construtivo. 
No caso de armações longas, as "gaiolas" devem ser constituídas de barras grossas e estribo espiral soldado na armação longitudinal para evitar a sua deformação durante a introdução no fuste da estaca.
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