Unidade 1 - Introdução às Fundações de Edifícios (1)

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FUNDAÇÕES 
Prof. Luiz Claudio Garabeli Cavalli
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Parte 1 – Introdução às Fundações de Edifícios
WYF0205 
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1.1 INTRODUÇÃO
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O engenheiro de fundações precisa adquirir conhecimentos de:
• Cálculo estrutural: dimensionamento de estruturas de concreto, aço e madeira.
• Geotecnia: Mecânica dos solos e das rochas
Mecânica das rochas
➢ Geralmente, o cálculo estrutural de uma obra é feita por um engenheiro calculista que
faz várias considerações que não correspondem a realidade.
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Projeto de fundações 
recai num problema de 
interação solo-estrutura
Participação conjunta do 
Eng. Calculista e do Eng. 
de Fundações
Necessário
Conhecimentos de Mecânica dos solos que devem ser adquiridos pelo Eng. de Fundações:
• Origem e formação dos solos;
• Caracterização e classificação dos solos (granulometria, limites físicos, etc);
• Investigações geotécnicas;
• Percolação nos solos;
• Resistência ao cisalhamento;
• Capacidade de carga;
• Adensamento;
• Distribuição de pressões e cálculo de deformações e recalques
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Conhecimentos de Cálculo Estrutural:
• Dimensionamento estrutural dos elementos de fundação;
• Avaliação do comportamento da estrutura diante de inevitáveis deslocamentos
das fundações.
“Toda obra possui um caráter de indeterminação marcada pelo solo onde ela repousa. Não há
como fugir da realidade imposta pela natureza do terreno. Somos, quase sempre, obrigados a
aceitá-lo tal qual é com suas qualidades e seus defeitos. Daí a ênfase que se deve dar, na
engenharia, às questões relacionadas ao solo”.
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1.2 PREVISÕES
Na Eng. Civil toda decisão é baseada em previsões.
“Mensurar quantitativamente parâmetros a serem utilizados numa tomada de decisão”.
O engenheiro deve:
➢ Identificar as previsões necessárias (segurança, funcionalidade e economia)
➢ Estimar a confiabilidade da previsão
➢ Utilizar a previsão no projeto e na construção
➢ Executar ações a partir de comparações de situações reais com as previsões
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Tipo Quando é feita Resultados no momento em 
que a previsão é feita
A Antes do início da obra (dados de sondagens, 
ensaios, etc)
-
B Durante a construção (provas de carga lenta) Não conhecidos
B1 Durante a construção (medidas de recalque) Conhecidos
C Após a ocorrência do evento ( autópsia) Não conhecidos
C1 Após a ocorrência do evento Conhecidos
De acordo com Lambe, as previsões podem ser classificadas como:
Em qualquer dos casos temos o “cruzamento” entre:
Métodos utilizados
Dados disponíveis
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A qualidade (acurácia) de uma previsão depende do método e dos dados utilizados
Ponto 1 – dados = 40% de confiança
– método = 40% de confiança
ACURÁCIA = 40%
Ponto 2 – dados = 80% de confiança
– método = 80% de confiança
ACURÁCIA = 80%
Ponto 3 – dados = 40% de confiança
– método = 90% de confiança
ACURÁCIA = 20%
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➢ Há casos em que métodos muito precisos utilizados com dados de baixa qualidade podem
até mesmo diminuir a acurácia da precisão.
➢ Acurácia indica se o valor medido é muito distante do valor real.
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1.3 RISCOS
➢ Probabilidade de um insucesso.
“O risco na engenharia de fundações é muito maior que o de outras áreas da engenharia civil
devido a própria natureza do material trabalhado (solo)”.
O risco (calculado) envolve os seguintes aspectos:
• Uso de um conhecimento limitado mas que deve ser orientado pelo bom senso e a
experiência;
• Decisão a partir da consideração de um fator de segurança adequado.
Os riscos são classificados em:
• Riscos de Engenharia;
• Riscos Humanos.
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Riscos de Engenharia
Riscos desconhecidos: revelam-se apenas após acidentes graves onde são observados e
investigados. Atualmente, praticamente não existem.
Riscos calculados: ocorrem nos casos em que a geotecnia ainda não apresenta análises
quantitativas satisfatórias. Ex: deslizamentos por liquefação.
➢ O fator de segurança (Coeficiente de Segurança) a ser considerado no projeto deverá ser
função das perdas potenciais (vidas, dinheiro, etc) e do grau de incerteza.
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Riscos Humanos
Organização deficiente: Ocorre com bastante frequência em casos de divisão de
responsabilidades entre o projeto e a supervisão da construção.
Uso insatisfatório do conhecimento e experiência: conhecimento e experiência
profissionais insuficientes utilizados em projetos e construções (desconhecimento técnico e
erros honestos).
➢ O próprio projetista é que deve receber a tarefa de supervisionar a execução das
fundações por ele projetadas.
➢ Às vezes, a adoção de uma opção menos econômica é preferível se ela for menos
vulnerável a uma execução mal cuidada.
Corrupção: Etapas de obras enterradas são facilmente escondidas favorecendo a ocorrência
de corrupção.
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SONDAGEM
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SPT – Standart Penetration Test
Resultado:
• Perfil de resistência ao longo da profundidade;
• Obtenção das camadas de solo (estratificado);
• Profundidade do Nível de água (NA);
• Cota da sondagem.
DICAS:
• 1 furo a cada 200 m2 (até 1000 m2);
• Mínimo: 2 furos;
• Ideal: 3 furos;
• Acima de 1000 m2 – 1 furo a cada 400 m2.
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1ª lista de Exercícios – Introdução às Fundações
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1. O que é uma previsão?
2. De que depende a qualidade de uma previsão?
3. A afirmativa “a utilização de métodos cada vez mais precisos condizem sempre à
previsões de melhor qualidade” é verdadeira? Justifique sua resposta.
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1ª lista de Exercícios – Introdução às Fundações
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4. Nos itens seguintes, a partir das porcentagens de confiança dos dados e do método
utilizado para uma dada previsão, indique a acurácia esperada.
a) Confiança dos dados = 60%
Confiança do método = 60%
Acurácia da precisão = _____
b) Confiança dos dados = 60%
Confiança do método = 10%
Acurácia da precisão = _____
c) Confiança dos dados = 40%
Confiança do método = 40%
Acurácia da precisão = _____
d) Confiança dos dados = 90%
Confiança do método = 40%
Acurácia da precisão = _____
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10
60
40
60
90
40 90
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1ª lista de Exercícios – Introdução às Fundações
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5. O que é risco?
6. O risco envolvido na engenharia de fundações é diferente do risco de outras áreas da
engenharia ? Justifique sua resposta.
7. O coeficiente de segurança de projetos de engenharia (fundações) deve considerar que
fatores?
8. Qual o tipo de risco que ocorre apenas após graves acidentes? Dê um exemplo.
9. Como podem ser classificados os riscos humanos? Fale sobre cada um.
10. O que é risco calculado?
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1.4 – Investigações geotécnica (de campo)
“O engenheiro geotécnico anteriormente a execução de um projeto de fundações
precisa, da mesma forma que um médico, fazer exames de seu paciente que é o local
onde será assentada a sua obra”.
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1.4.1 Introdução
O ambiente físico, descrito a partir das condições do subsolo, constitui-se em pré-requisito
para projetos geotécnicos seguros e econômicos.
No Brasil, o custo envolvido na execução de sondagens de reconhecimento normalmente
varia entre 0,2% e 0,5% do custo totalde obras convencionais, podendo ser mais elevado em
obras especiais ou em condições adversas de subsolo.
As informações geotécnicas assim obtidas são indispensáveis à previsão dos custos fixos
associados ao projeto e sua solução.
Quanto aos riscos, aspectos relacionados à investigação das características do subsolo são
as causas mais frequentes de problemas de fundações (Milititsky; Consoli; Schnaid, 2006).
A experiência internacional faz referência frequente ao fato de que o conhecimento geotécnico
e o controle de execução são mais importantes para satisfazer aos requisitos fundamentais
de um projeto do que a precisão dos modelos de cálculo e os coeficientes de segurança
adotados.
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A prática americana relatada pelo US Army Corps of Engineers (2001) sugere que:
Investigação geotécnica insuficiente e interpretação inadequada de resultados
contribuem para:
➢ erros de projeto, 
➢ atrasos no cronograma executivo
➢ custos associados a alterações construtivas, 
➢ necessidade de jazidas adicionais para materiais de empréstimo, 
➢ impactos ambientais, 
➢ gastos em remediação pós-construtiva, 
➢ além de risco de colapso da estrutura e
➢ litígio subsequente.
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1.4.2 Abrangência da Investigação Geotécnica
A abrangência de uma investigação depende dos seguintes fatores:
➢ características do meio físico, 
➢ complexidade da obra e
➢ riscos envolvidos, 
que, combinados, deverão determinar a estratégia adotada no projeto.
a] Método I: executar uma investigação geotécnica limitada e adotar uma abordagem
conservativa no projeto, com altos fatores de segurança.
b] Método II: executar uma investigação geotécnica limitada e projetar com recomendações
baseadas em prática regional.
c] Método III: executar uma investigação geotécnica detalhada.
Pode-se categorizar os programas de investigação geotécnica em três métodos:
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A caracterização geotécnica deve ser precedida de uma classificação preliminar da
estrutura, dividida em três categorias:
a] Categoria I: estruturas simples e de pequeno porte, nas quais o projeto é baseado em
experiência e investigação geotécnica qualitativa.
b] Categoria II: estruturas convencionais que não envolvem riscos excepcionais, em
condições geotécnicas normais e cargas dentro de padrões conhecidos.
c] Categoria III: estruturas que não pertencem às categorias I e II, incluindo estruturas de
grande porte associadas a risco elevado, dificuldades geotécnicas excepcionais, cargas
elevadas e eventos sísmicos, entre outros fatores.
O planejamento de uma investigação geotécnica deve ser, portanto, concebido por
engenheiro geotécnico experiente, que possa ponderar os custos e as características da
obra com base nas complexidades geológica e geotécnica do local de implantação.
No que se refere à complexidade da obra, consideram-se aspectos como: tamanho, cargas,
topografia, escavações, rebaixamento do nível freático, obras vizinhas, canalizações etc.
Aspectos geológico-geotécnicos referem-se à gênese do solo; geomorfologia; hidrogeologia;
sismicidade; presença de solo moles, colapsíveis ou expansivos; ocorrência de substâncias
agressivas, cavidades subterrâneas, entre outros fatores.
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• Determinação da estratigrafia (delimitação das camadas) e natureza do solo;
1.4.3 Objetivos
• Determinação das propriedades geotécnicas mais apropriadas para a realização de um
projeto de fundações;
• Determinação do nível d’água (NA);
• Determinação de substâncias químicas orgânicas e inorgânicas no solo (contaminantes).
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• Depende das condições geológicas;
1.4.4 Seleção do tipo de ensaio de campo
• Depende dos requisitos de projeto;
• Depende de tipo e método construtivo;
• Depende do método de análise desejado para o projeto.
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• Métodos de Determinação estratigráfica;
1.4.5 Métodos Disponíveis
• Métodos Específicos;
• Métodos Combinados.
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• Rápidos e Seguros;
Métodos de Determinação Estratigráfica
• Utilizado na prática corrente em todo Brasil;
• Penetração “contínua” ao longo da profundidade;
• Utilizam correlações (comparações e relações dos valores obtidos nos ensaios de campo com
sua expectativa de comportamento) para a estimativa de parâmetros geotécnicos;
• Fornece informações para uma avaliação estratigráfica e física inicial das camadas do
subsolo.
TIPOS: Ensaios à Percussão (SPT) e Ensaios de Cone (CPT)
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• Determinação de profundidades geotécnicas num único ponto do subsolo;
Métodos Específicos
• Ensaios especializados, mais demorados e menos econômicos;
• Mais indicados para complementar os métodos de determinação estratigráfica;
TIPOS: Provas de carga e Ensaios de laboratório (triaxial e adensamento)
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• Ensaios que combinam as melhores características de cada um dos métodos;
Métodos Combinados
• Muito pouco utilizado no Brasil.
TIPO: Piezocone sísmico e Sondagens mistas
Procedimento ideal:
“ Investigações com uso inicial de ensaios de campo que se encaixem nos métodos de
determinação estratigráfica para definir a estratigrafia e variabilidade espacial dos
depósitos, além da estimativa de parâmetros geotécnicos. Com base nestes dados
identificar áreas críticas aonde ensaios complementares sejam necessários”.
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a] Métodos diretos: de natureza empírica ou semiempírica, têm fundamentação estatística,
a partir da qual as medidas de ensaio são correlacionadas diretamente ao desempenho de
obras geotécnicas.
1.4.6 Métodos de Análise
b] Métodos indiretos: os resultados de ensaios são aplicados à previsão de propriedades
constitutivas de solos, possibilitando a adoção de conceitos e formulações clássicas de
Mecânica dos Solos como abordagem de projeto.
A análise dos resultados com vistas a um projeto geotécnico específico pode ser realizada
segundo duas abordagens distintas:
O SPT constitui-se no mais conhecido exemplo brasileiro de uso de métodos diretos de
previsão, aplicado tanto à estimativa de recalques quanto à capacidade de carga de
fundações.
Por exemplo, nos ensaios de palheta e pressiométricos, são assumidas algumas
simplificações passíveis de interpretação analítica; a cravação de um cone em depósitos
argilosos pode ser interpretada por meio de abordagens numéricas.
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A escolha da abordagem (direta ou indireta) depende da técnica de ensaio utilizada, do tipo de
solo investigado, de normas e códigos específicos, bem como de práticas regionais.
Em geral, o uso de uma abordagem semiempírica, em detrimento de um método racional de
análise, reflete a dificuldade em modelar as complexas condições de contorno decorrentes do
processo de penetração e carregamento do ensaio.
Cabe ao engenheiro definir, para o atual estado do conhecimento, qual o procedimento de
análise mais apropriado.
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“Em função do acentuado grau de incerteza, a interpretação da maioria dos ensaios de
campo se dá via correlações semiempíricas”.
Observações:
- Diferenças de mineralogia;
As correlações (estabelecidas para tipos particulares de solos) não podem ser utilizadas
indiscriminadamente para qualquer tipo de solo devido:
- Estado de tensões inicial;
- Histórico de tensões, etc.
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1.4.7 Requisitos necessários para a utilização de correlações em contextos distintos
• Correlação seja fundamentada fisicamente na relação entre as propriedades
correlacionadas (Não se pode correlacionar tudo com qualquer coisa).
• Ligada a um contexto teórico por mais simples que seja.
• A correlação deverá estar validada por observações de campo (obras instrumentadas).
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Um resumo das técnicas de ensaios de campo e suas aplicações, tais como adotadas na
prática internacional, é apresentado no Quadro 1.1.
A simples observação das informações contidas no quadro indica que a escolha do tipo de
ensaio deve ser compatível com as características do subsolo e as propriedades a serem
medidas.
Referências são feitas à determinação de vários parâmetros, entre os quais: ângulo de atrito
interno do solo (ɸ’), resistência ao cisalhamento não drenada (Su), módulo de variação
volumétrica (mv), módulo cisalhante (G), coeficiente de empuxo no repouso (K0) e razão de
pré-adensamento (OCR).
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Por exemplo, o SPT é particularmente adequado à prospecção de solos granulares e à
previsão de valores do ângulo de atrito interno, mas não é utilizado com sucesso na
previsão da resistência não drenada de depósitos de argilas moles. Ensaios de palheta e
piezocone devem ser adotados para essa finalidade.
Ensaios pressiométricos, de placa e sísmicos são as técnicas mais adequadas na
determinação do módulo de deformabilidade dos solos. Esses aspectos são de particular
importância na concepção de programas geotécnicos de investigação necessários à
solução de problemas de fundações, contenções e escavações, entre outros.
Note-se, ainda, que retirada de amostras indeformadas para a realização de ensaios de
laboratório, visando à determinação de parâmetros de resistência e deformabilidade,
podem ser adotados como procedimentos complementares às investigações de campo.
As técnicas já implantadas no Brasil e disponíveis para aplicações comerciais são:
ensaios SPT, cone (CPT), piezocone (CPTU), pressiômetro (FDP), palheta (VANE) e
dilatômetro (DMT).
OBS.: A título de informação o Método do Ponto Material (MPM) é utilizado para a
simulação de problemas de grandes deformações, resistência não-drenada de solos
argilosos utilizado na norma britânica.
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Equipes Noite – Trabalho sobre Métodos de Investigação Geotécnica
Equipe 1 : Cristiane/Erika/Gessiane/Raylla/Alessandra/Deyse
Equipe 2 : João Carlos/Romero/Geórgia/Jonathan Murilo/Luiz Filho/Sostenes
Equipe 3 : Luana Gomes/João Lucas/José Willian/AnaKatarine/Carla Vanessa
Equipe 4 : Alvaro Luiz/Ávilla Kezzia/Gabriela/Vitória/Wirlan
Equipe 5 : Lucas/Fco Neto/Ramon/João Holanda/Augusto
Equipe 6 : Filipe Aguiar/Anto Jr/Breno Ruan/Fernanda Helena/Antonio Carlos/Rogério
Equipe 7 : Erick/Ivo/Ariell/Marianne/Giulia
Equipe 8 : Lis Regina/Hanna/Alice/João Pedro/Alessandro
Equipe 9 : Sara Carvalho/Thalya/Daniel Martins/Maria Clara
Equipe 10 : Luri/Pedro/Shirley/Daniely/Bruno Trindade
Equipe 11 : Danrley/Rakel/Davyd/Rafael/Lucas Almeida/Gustavo
Equipe 12 : Bruna/Gilmar/Larissa/Ruan
Equipe 13 : Luca/Tiago/Brenda/Adhenauer
Equipe 14 : Carlos Alberto/Carlos Araujo/Joselito Soares
CPT
CPTU
DMT
SPT
FDP
PALHETA
CPT
CPTU
DMT
SPT
FDP
PALHETA
CPT
CPTU
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Equipes Manhã – Trabalho sobre Métodos de Investigação Geotécnica
Equipe 1 : Wagner/Miqueias/Isaque/Crisnamuth/Edson Fernandes
Equipe 2 : Keven/Matheus Medeiros/Avelino/Aleck/Admilson
Equipe 3 : Thayssy Dantas/ Daniel Nunes/Isadora Silva/Vanessa Leal/Marcos Vinicius/Amanda
Equipe 4 : Adailton/Darla/Gabriel/João Paulo/Fco Neto
Equipe 5 : Italo Duarte/Herika Oliveira/José Augusto/ Matheus Lima
Equipe 6 : Isadora Beatriz/Ivana Machado/Alvaro/Camila Lima/Leticia Gonçalves/Caio
Equipe 7 : Luiz Cesar/Leila/Fco Alexandre/André Felipe
Equipe 8 :Nixson/Vinicus/Matheus Viana/Rogério/Caio/Arilson
Equipe 9 : Leonardo Sousa/João Neto/Vanessa Neves
Equipe 10 : Clara Maria/Nadia/Carlos Henrique
CPT
DMT
SPT
FDP
PALHETA
CPT
CPTU
DMT
SPT
CPTU
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Exemplo de Sondagem SPT – Diagonal Engenharia Ltda
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Tópicos do Relatório de Sondagem:
Introdução: Local da investigação geotécnica – Ex. Rua Osvaldo Cruz, 2660
Sondagem: Indicação do número de sondagens que foram realizadas e a posição
das mesmas. O resultado das mesmas, etc.
Detalhes do ensaio:
Os resultados das sondagens são apresentados nos desenhos 2 a 6, sob forma de
perfis individuais do subsolo no local de cada furo.
A boca de cada furo foi nivelada em relação ao RN indicado em planta no desenho
no. 1 para o qual foi adotada a cota arbitrária de 100,00 metros.
Na execução das sondagens foram usados dois processos para avanço do furo.
Inicialmente foi usado o trado concha de 4”, ao encontrar-se o nível d’água ou
material impenetrável a esta ferramenta o furo foi revestido e prosseguido por
lavagem.
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Para extração das amostras foi utilizado o amostrador padrão de 2” e 1 3/8” de
diâmetros externo e interno, respectivamente, o qual era cravado no terreno por
meio de golpes de um martelo de 65 kg, com altura de queda de 75 cm.
Durante a cravação do amostrador foram registrados os números de golpes
necessários para fazer o amostrador penetrar cada 15 cm no terreno, até uma
penetração total de 45 cm.
A soma dos golpes das duas últimas parcelas de 15 cm, ou seja dos 30 cm finais de
cravação, é apresentada sob forma de tabela e gráfico nos perfis de sondagens.
Este número de golpes é denominado de “Standart Penetration Test (SPT)”.
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Subsolo
Com base nos resultados das sondagens foram preparadas duas seções
esquemáticas do subsolo, nas posições indicadas em planta no desenho no. 1.
Estas seções, apresentadas no desenho no. 7, representam evidentemente apenas
uma indicação do desenvolvimento provável das camadas do subsolo, constatadas
somente nas verticais das sondagens e foram elaboradas visando permitir uma
melhor visualização da natureza geral do subsolo no local.
Fundações
A resistência do terreno na época da execução das sondagens indica a adoção de
fundação em estacas pré-moldadas de concreto que deverão atingir a profundidade
entre as cotas 94,00 a 92,00 m.
Uma outra solução seria a adoção de fundação em estacas metálicas que deverão
atingir a profundidade entre as cotas 94,00 a 92,00 m. Esta estimativa deverá ser
verificada durante a cravação pelo controle de nega e posteriormente através de
prova de carga.
Para uma definição mais segura das alternativas apresentadas, sugerimos o
prosseguimento das sondagens com sonda rotativa.
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O trépano, ou peça de lavagem, é uma
ferramenta da largura do furo e com terminação
em bisel (lâmina) cortante, usado para
desagregar o material do fundo do furo.
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