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Tecnologia da Construção Civil Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Prof. Dr. Ernesto Silva Fortes Revisão Textual: Prof.ª Dr.ª Selma Aparecida Cesarin Fundações e a Superestrutura • Introdução; • Investigação do Solo; • Teodolitos, Piquetes e Estações Totais; • Cavaletes; • Tabeiras/Gabaritos/Tábuas corridas; • Tipos de Fundações. • Apresentar os tipos de fundações, incluindo os trabalhos que antecedem a execução da fundação (estudo do solo e locação da obra), fi cando a cargo da Cadeira de Fundações aprofundar-se em cada assunto. OBJETIVO DE APRENDIZADO Fundações e a Superestrutura Orientações de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional, siga algumas recomendações básicas: Assim: Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e horário fixos como seu “momento do estudo”; Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo; No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você tam- bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados; Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus- são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de aprendizagem. Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Determine um horário fixo para estudar. Aproveite as indicações de Material Complementar. Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma Não se esqueça de se alimentar e de se manter hidratado. Aproveite as Conserve seu material e local de estudos sempre organizados. Procure manter contato com seus colegas e tutores para trocar ideias! Isso amplia a aprendizagem. Seja original! Nunca plagie trabalhos. UNIDADE Fundações e a Superestrutura Introdução As fundações de uma obra são as estruturas responsáveis por transmitir as solici- tações das construções ao solo. O tipo de fundação a ser utilizado é definido junto com o Projeto e o cálculo estrutural, levando em conta o tipo de edificação, a carga do edifício, o tipo de solo, a profundidade do lençol freático etc. Nesta Unidade, serão apresentadas as fundações mais utilizadas nas edificações brasileiras e os trabalhos (investigação do solo e locação da obra) que antecedem a execução, com base nas especificações e recomendações da NBR 6122:2010 (Projeto e execução de fundações), ABNT NBR 6484:2001 (Solo – Sondagens de simples reconhecimentos com SPT – Método de ensaio), ABNT NBR 8036:1983 (Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios – Procedimento), e da ABNT NBR 14645-3:2011 (Elaboração do “como construído” (as built) para edificações. Parte 3: Locação topográfica e con- trole dimensional da obra – Procedimento). Nesta Unidade, abordaremos, ainda, Sistemas Estruturais, Projeto e execução mais utilizados nas edificações brasileiras, conforme os requisitos mínimos da ABNT NBR 15575:2013. Essa é a etapa na qual se constrói a sustentação da edificação, sendo que a estru- tura é o que garante a integridade física do edifício, suportando todas as cargas que atuam nele (seu peso próprio, o peso das pessoas, dos móveis, a força do vento atuante etc.), transmitindo-as para as fundações. Essa estrutura é formada por pilares, vigas, lajes, dentre outros componentes estruturais, e pode ser feita em concreto armado, metálicas, madeira ou alve- naria estrutural. O tempo gasto nessa etapa é entre 40 e 50% do tempo total da obra. Investigação do Solo A elaboração de Projetos Geotécnicos, em geral e, de fundações em particular, exige, como requisito básico e imprescindível, adequado conhecimento do subsolo no local da obra. Assim, a identificação e a classificação das diversas camadas que o compõem, bem como, a avaliação de suas propriedades de Engenharia, consti- tuem elementos sem os quais nenhum Projeto poderá ser elaborado de uma forma adequada (VELLOSO; LOPES, 2012). Esse conhecimento básico sobre o subsolo exige investigações que podem ser de diversos tipos, sendo, de longe, as mais empregadas aquelas denominadas sonda- gens de simples reconhecimento à percussão e as sondagens mistas. 8 9 A execução e o controle de fundações estão a cargo da Cadeira de Fundações I e II, na qual o assunto será aprofundado. Nesta Unidade, são apresentados os tipos de fundações mais utilizados nas construções brasileiras, conforme especificações e recomendações da ABNT NBR 6122:2010. Para definir o tipo de fundação para uma determinada estrutura, uma campa- nha de investigação geotécnica preliminar deve ser realizada para auxiliar na es- colha da melhor solução de fundação para a edificação, visando à determinação da estratigrafia e à classificação dos solos e deve seguir as especificações da ABNT NBR 6122/2010 e as Normas Complementares, como a NBR 8036:1983; a NBR 9604:2016, e NBR 6484:2001 e a ABNT NBR 6502, com o objetivo de determi- nar a posição do lençol freático, o cálculo do índice de resistência à penetração do solo, Nspt, e para a classificação do solo. Para fins de projeto e execução de fundações, devem ser realizadas as investi- gações do terreno de fundação, constituído por solo, rocha, mistura de ambos ou rejeitos, e compreende: • A sondagem a trado, poços e trincheiras, conforme, respectivamente, NBR 9603:2015, NBR 9604:2016 e NBR 9820:1997; • Ensaios de penetração quase estática ou dinâmica, ensaios in situ de resistên- cia e de deformabilidade; • Ensaios in situ de permeabilidade ou determinação da perda d’água; • Medições de níveis d’água e de pressões neutras; • Medições dos movimentos das águas subterrâneas; • Processos geofísicos de reconhecimento; • Realização de provas de carga no terreno ou nos elementos de fundação. Nas investigações de campo, visitas ao local da obra são consideradas de im- portância fundamental e são acompanhadas do processo de investigação do solo por sondagens. A ABNT NBR 6122:2010 define como métodos de investigação do subsolo: • Poços e trincheiras • Sondagens a trado; • SPT e SPT-T; • Sondagens rotativas e mistas; • CPT; • Ensaio de palheta – Vane test; • Ensaio dilatométrico DMT; • Ensaio pressiométrico PMT. 9 UNIDADE Fundações e a Superestrutura A sondagem, conforme especificado pela NBR 6122:2010 e discutido por Velloso e Lopes (2012), tem como objetivo: • Necessidade do conhecimento adequado do solo; • Descrição, classificação e origem dos elementos geológicos (cor, textura, pro- cesso formador); • Estratigrafia e distribuição geológico-geotécnica das camadas; • Estimativa da espessura das camadas de solo e/ou rochas; • Saber a resistência da camada investigada; • Posição do nível d’água; • Identificação e classificação do solo – Coleta de amostras ou outro processo in situ; • Avaliação das propriedades de Engenharia – Ensaios de laboratório ou de campo (mais comuns). No caso do Brasil, a Standard Penetration Test (SPT), ou Sondagem SPT, e foco nessa unidade, é reconhecidamente a mais popular, rotineira e econômica fer-ramenta de investigação, servindo como indicativo da densidade dos solos granulares e sendo, também, aplicada à identificação da consistência de solos coesivos e mesmo de rochas brandas (VELLOSO; LOPES, 2012). Métodos rotineiros de projeto de fundações diretas e profundas usam sistemati- camente os resultados de SPT. Tipos de sondagem As sondagens são Procedimentos de Engenharia que têm por escopo a obten- ção de informações de subsuperfície de uma área na terra ou na água. Dividem em dois tipos, ABNT NBR 6122:2010: 1. Geofísicas: não há necessidade de perfuração do maciço explorado: a) Métodos sísmicos e métodos elétricos; b) Usado para prospecções a grandes profundidades. • Por exemplo: detector de materiais enterrados (metais); 2. Mecânicas: há perfuração do maciço explorado: a) Usados em geral para pequenas profundidades – Até 100m; b) São chamadas sondagens subsuperficiais. Informações requeridas de um programa de prospecção O Programa de Investigação do solo tem como objetivo, conforme mencionado em Velloso e Lopes (2012), entender as características e as propriedades do solo, com o intuito de determinar a capacidade resistente do solo e determinar da melhor forma a iteração entre as fundações e o solo. Com isso, pretende-se determinar: 10 11 • Área, profundidade e espessura de cada camada de solo identificado; • Compacidade das areias e consistência das argilas; • Profundidade do NA e ocorrência de artesianismo; • Coleta de amostras indeformadas para quantificar compressibilidade, perme- abilidade e resistência; • Profundidade do topo da rocha ou de camada impenetrável à ferramenta de percussão ou ao avanço por lavagem (sondagem de simples reconhecimento). Programação de sondagens O Programa de Investigação do solo inicia-se com a definição da quantidade de furos a serem estudados (Figura 1), conforme especificado pela ABNT NBR 8036:1983 – Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios – Procedimento: • Até 200m² → 2 furos; • 200m² a 400m² → 3 furos; • 1200m² a 2400m² → 1 furo para cada 400 m² excedidos de 1200; • Acima de 2400m² → plano particular da construção; • Estudos de viabilidade → mínimo de 3 sondagens e distância máxima de 100m. Área Carregada 20 30 30 40 1010m 20 20 20 20 Figura 1 – Disposição dos furos Fonte: Adaptado de ANBT NBR 8036 Segundo as especificações da ABNT NBR 8036:1983, o estudo deve ser realizado: • Até a profundidade em que o solo não seja mais significativamente solicitado pelas cargas estruturais; • Nos pontos de maior concentração de carga; • Não devem ser executados pontos alinhados (planos de corte); • Não se deve executar apenas um furo (variação de resistência e tipo de solo em área pequenas é comum); 11 UNIDADE Fundações e a Superestrutura • Deve-se locar e nivelar os pontos no terreno em relação a um nível de referên- cia fixo e bem determinado, de preferência único, para toda a obra e fora do local dela, como, por exemplo, a guia de um passeio; • O custo aproximado do SPT deve ser de R$35,00 a R$80,00 por metro. Métodos de investigação do subsolo A Geologia divide os métodos de investigação geológica em dois tipos: direto e indireto, ambos aplicáveis à verificação da superfície e da subsuperfície (VELLOSO; LOPES, 2012). Sendo: • Processos indiretos: resistividade elétrica e sísmica de refração; • Processos diretos: inspeção in situ → trincheiras, poços; amostragem indeformada → coleta manual, amostradores de parede fina; amostragem deformada → escavação manual, trado, amostradores de parede grossa. SPT – Standard Penetration Test (SPT) ou Sondagem SPT Normalizada pela ABNT NBR 6484:2001 como um processo de simples reco- nhecimento do subsolo à percussão, o SPT é um método de investigação de solo cujo avanço da perfuração é por meio de trado ou de lavagem, sendo utilizada a cravação de um amostrador para a medida de índices de resistência à penetração, obtenção de amostras, determinação do nível d’água e execução de vários ensaios in situ. É possível, ainda, no final do ensaio à penetração, medir o torque para ruptura da amostra. A seguir, são descritos os procedimentos para execução da sondagem SPT, de acordo com as especificações da ANBT NBR 6484:2001, e as devidas nor- mas complementares. Equipamento O equipamento para execução de uma sondagem de simples reconhecimento à percussão é descrito a seguir, em seus componentes básicos, conforme especifica- do na ANBT NBR 6122:2010: • Tripé equipado com sarilho, roldana e cabo de aço ou corda de sisal; • Tubos de revestimento em aço, com diâmetro interno mínimo de 66,5 mm; • Haste de aço para avanço; • Martelo de 65 kg para cravação das hastes de perfuração e dos tubos de revestimento; • Amostrador padrão de diâmetro externo de 50,8mm e interno 34,9mm. O corpo do amostrador é bipartido. A cabeça tem dois orifícios laterais para saída da água e ar e contém interiormente uma válvula de bola; 12 13 • Bomba de água motorizada para circulação de água no avanço da perfuração; • Trépano ou peça de lavagem (peça de aço terminada em bisel e dotada de duas saídas laterais para a água); • Trado concha com 100mm de diâmetro e trado espiral de diâmetro mínimo de 56mm e máximo de 62mm. O equipamento de sondagem está ilustrado na Figura 2, e na Figura 2a, per- cebe-se o processo de perfuração, interrompido a cada metro, quando é feito um Ensaio de Penetração Dinâmica (Standard Penetration Test ou SPT), apresentado na Figura 2b (VELLOSO; LOPES, 2012). Figura 2 – Etapas na Execução de Sondagem a Percussão: (a) avanço da sondagem por desagregação e lavagem; (b) Ensaio de Penetração Dinâmica (SPT) Fonte: Velloso; Lopes, 2012 A ABNT NBR 6484:2001 prescreve o método de execução de sondagens de simples reconhecimento de solos, com SPT, cujas finalidades, para aplicações em Engenharia Civil são: • Determinar tipos de solo em suas respectivas profundidades de ocorrência; • Índice de resistência à penetração (N)1 a cada metro; • Posição do nível d’água. O ensaio SPT é um dos ensaios in situ de determinação das condições mecâni- cas dos solos mais vulgarmente utilizados em todo o mundo. Comparativamente com outros tipos de ensaios de penetração, algumas das características que contribuíram para esse fato são: • Capazes de ultrapassar e posicionar o nível d’água; • O furo pode ser revestido se se apresentar instável; • Determina o tipo de solo em suas profundidades de ocorrência e atravessa solos mais resistentes; • Mede a resistência à penetração do solo; 1 N: abreviatura do índice de resistência à penetração do SPT, cuja determinação se dá pelo número de golpes corres- pondente à cravação de 30 cm do amostrador padrão, após a cravação dos 15 cm (ABNT NBR 6484:2001 – Solo – Sondagens de simples reconhecimentos com SPT – Método de ensaio). 13 UNIDADE Fundações e a Superestrutura • Baixo custo e fácil execução; • Pode ser realizado em locais de difícil acesso. Esse ensaio tem, no entanto, algumas limitações importantes: • Não ultrapassam matacões e blocos de rocha; • Podem ser detidas por pedregulhos ou solos muito compactos; • Pode haver obtenção de amostras deformadas. Roteiro de execução A sequência de execução da sondagem SPT deve obedecer às prescrições da ABNT NBR 6484:2001, seguir a ordem apresentada a seguir: 1. Marcar os pontos (Figura 3); Figura 3 – Locação dos pontos para a realização da sondagem Fonte: Acervo do conteudista 2. Montar um cavalete de quatro pernas na posição da perfuração, chamado de tripé (Figura 4); Figura 4 – Ilustração da montagem do tripé e das etapas de execução Fonte: Velloso; Lopes, 2012 14 15 3. Perfurar com auxílio de um trado cavadeira até um metro de profundidade;4. Recolher e acondicionar uma amostra representativa de solo – amostra zero, e apoiar o amostrador acoplado na haste do tripé no fundo do furo aberto; apoiar o martelo sem bater e anotar a penetração (Figura 5); Figura 5 – Amostrador recolhido, Detalhe do solo Fonte: Velloso; Lopes, 2012 5. Erguer o martelo de 65kg com auxílio das cordas e roldanas até a altura de 75cm e deixar cair em queda livre (Figura 6); Figura 6 – Confi guração do peso e da altura de queda na haste Fonte: Velloso; Lopes, 2012 6. Repetir até a penetração dos 45cm do amostrador padrão (Figura 7); Figura 7 – Roteiro de execução, Alturas de estudo Fonte: Velloso; Lopes, 2012 15 UNIDADE Fundações e a Superestrutura 7. Contar o número necessário de quedas do martelo para cravação de cada segmento de 15cm do total de 45cm; 8. Recolher e acondicionar a amostrar contida no amostrador; 9. Repetir o procedimento com perfuração a trado helicoidal ou perfuração com auxílio de circulação de água; 10. Atingindo o segundo metro, repetir o processo que continua até atin- gir um solo muito resistente ou a profundidade estabelecida pelo cliente (Figura 7); 11. Se encontrar o nível d’água, a sondagem é realizada com a utilização do processo de perfuração por circulação d’água (Figura 8); Figura 8 – Processo de perfuração por circulação d’água Fonte: Velloso; Lopes, 2012 12. A água é injetada na haste que leva na extremidade o trépano, que possui orifícios laterais e injeta água no solo. A pressão da água e os movimentos de rotação e percussão imprimidos fazem com que o trépano rompa a estrutura do solo; 13. O solo misturado à água volta à superfície e é despejado na caixa d’água (Figura 8). Avanço do furo O avanço do furo segue as especificações da ABNT NBR 6484:2001, e deve ser realizada na ordem seguinte: • Com trado-concha, até o 1º metro; • Com trado helicoidal, do 2º metro até: » O nível d’água; » Avanço do trado for inferior a 50mm após10min; » Solo não aderente ao trado; • Com trépano com circulação de água, quando não for possível o uso do tradohelicoidal. 16 17 Registro do número de golpes Na prática, é registrado o número de golpes empregados para uma penetração imediatamente superior a 15cm, registrando-se o comprimento penetrado (por exemplo, três golpes para a penetração de 17cm). Como geralmente não ocorre penetração exata de 45cm, de acordo com a ABNT NBR 6484:2001: • É registrada a penetração imediatamente superior a 15cm; • Conta-se o número de golpes adicionais para 30cm; • Em seguida, conta-se o adicional para o amostrador atingir 45cm. » Exemplo de Registro: 14/18 – 12/12 – 15/15. Casos especiais: • 1/47, 1/50: Quando para o 1º golpe do martelo a penetração for superior a 45cm; • 0/23. 0/51: Se ao apoiar o martelo houver penetração (zero golpes); • 15/7: Se a penetração for incompleta; • 0/65, 2/40: Quando exceder significativamente os 45cm ou quando não for possível distinguir claramente os três intervalos de 15cm; • 0/65, 1/33, 1/20: Penetração com poucos golpes ultrapassa 45cm; • Cravação interrompida antes dos 45cm (penetração incompleta); • Em qualquer dos 3 segmentos de 15cm, o número de golpes ultrapassar 30: 12/16, 30/1; • Um total de 50 golpes tiver sido aplicado durante toda a cravação: 14/15 – 21/15 – 15/7. Não se observar o avanço do amostrador durante a aplicação de 5 golpes suces- sivos do martelo (seguir o processo com método de lavagem): 10/0. Critérios para paralisação da sondagem A ABNT NBR 8464:2001 define como critérios para finalização do ensaio de sondagem por SPT os seguintes: • Se em 3m sucessivos forem necessários 30 golpes para penetração dos 15cm iniciais do amostrador; • Se em 4m sucessivos forem necessários 50 golpes para penetração dos 30cm iniciais do amostrador; • Se em 5m sucessivos forem necessários 50 golpes para penetração dos 45cm iniciais do amostrador; • Justificativa geotécnica ou solicitação do cliente; • Quando os avanços da perfuração, por circulação de água forem inferiores a 50mm após 10 minutos. 17 UNIDADE Fundações e a Superestrutura Cálculo da profundidade De acordo com a ABNT NBR 8036:1983, a profundidade a ser explorada pelas sondagens de simples reconhecimento, para efeito de projeto geotécnico, é em função do tipo de edifício, das características particulares de sua estrutura, de suas dimensões em planta, da forma da área carregada, das condições geotécnicas e da topografia locais. A exploração será levada a profundidades tais que incluam todas as camadas impróprias ou que sejam questionáveis, como apoio de fundações, de tal forma que não venham a prejudicar a estabilidade e o comportamento estrutural ou funcional do edifício. As sondagens têm de ser levadas até a profundidade em que o solo não seja mais significativamente solicitados pelas cargas estruturais, fixando como critério aquela profundidade em que o acréscimo da pressão no solo, devido às cargas estruturais aplicadas, for menor que 10% da pressão geostática efetiva, sendo, portanto, se- gundo a NBR 8036:1983: • Até a profundidade em que o acréscimo de tensão no solo, fruto das cargas estruturais, for menor do que 10% da tensão geostática efetiva (usar ábaco da NBR 8036/83); • E, segundo Azeredo (1977), a profundidade mínima pode ser relacionada às dimensões do edifício até sua cobertura: » D ≥ 1,5xB (se B ≤ 25m); » D ≥ B (se B > 25m); • Sendo que B é a menor dimensão da área construída. Boletim de Sondagem Informações sobre o andamento das sondagens deverão ser fornecidas diaria- mente, quando solicitadas. Os resultados das sondagens deverão ser apresentados num prazo máximo de 15 dias após seu término, em boletins em 2 vias, nos quais constem, no mínimo, de acordo com a ANBT NBR 6484:2001: • Cota da boca do furo: nem sempre é a cota de implantação da obra; • Coordenadas do furo; • Nível d’água; • Nome do técnico; • Dados do equipamento; • Data e hora do início do furo; • Data e hora do fim do furo. 18 19 O ensaio SPT tem uma primeira utilidade na indicação da compacidade de solos granulares (areias e siltes arenosos) e da consistência de solos argilosos (argilas e siltes argilosos) (VELLOSO; LOPES, 2012). A norma de sondagem com SPT (NBR 6484:2001) prevê que o boletim de sondagern forneça, junto com a classificação do solo, sua compacidade ou consis- tência, conforme ilustrado na Figura 9 e na Tabela 1. Figura 9 – Ilustração do Perfi l Geotécnico de um solo Fonte: Acervo do conteudista Tabela 1 – Tabela dos estados de compacidade e de consistência, com caráter informativo Solo Índice de resistência a penetração Designação Areias e siltes arenosos ≤4 Fofa (o) 5 a 8 Pouco compacta (o) 9 a 18 Medianamente compacta (o) 19 a 40 compacta (o) >40 Muito compacta (o) Areias e siltes arenosos ≤2 Muito mole 3 a 5 Mole 6 a 10 Media (o) 11 a 19 Rija (o) >19 Dura (o) Fonte: NBR 6484:2001 SPT-T A medida do torque (Figura 10) é efetuada ao término de cada ensaio de perfu- ração SPT, e com diversas vantagens, conforme demonstrado por Décourt e Qua- resma Filho (1991, 1994), Décourt (1991a, 1991b,1992, 1995) e Alonso (1994). 19 UNIDADE Fundações e a Superestrutura A medição do torque inicia-se acoplando o torquímetro, conforme ilustrado na Figura 10, e se inicia o movimento da rotação da haste: • O instrumento de leitura é observado e anota o máximo valor lido; » Índice de torque: é a relação existente entre o valor do torque, medido em Kgf x m, pelo valor N do SPT (T/N) → Novas correlações; » Neq = T/12 T = torque (kN.m) - (Decourt, 1991):Neq = NSPT. Figura 10 – Ilustração da medição do torque Fonte: Velloso; Lopes, 2012 Observação do nível freático Conforme especificado pelaABNT NBR 6484:2001, durante a perfuração com o auxílio do trado helicoidal: • O operador deve estar atento a qualquer aumento aparente da umidade do solo, indicativo da presença próxima do nível d’água, bem como um indício mais forte, tal como o solo se encontrar molhado em determinado trecho in- ferior do trado helicoidal, comprovando ter sido atravessado um nível d’água; • Atenção constante na etapa de perfuração com trado: aumento da umida- de do solo, presença de trecho molhado do trado; • Interromper a perfuração e observar a elevação do NA no furo efetuando-se leituras a cada 5 minutos, durante 15 minutos; • Verificar e anotar presença de artesianismo, lençóis freáticos independen- tes e intercalados; • Após 12h do encerramento da sondagem e retirada do tubo de reves- timento: verificação da posição do NA e da profundidade até onde o furo permanece aberto. Sendo observados níveis d’água variáveis durante o dia, essa variação deve ser anotada no Relatório final. Identificação de amostras e elaboração do perfil geológico-geotécnico de sondagem De acordo com a NBR 6484:2001, as amostras devem ser examinadas procu- rando identificá-las no mínimo por meio das seguintes características: 20 21 • Caracterização das amostras: granulometria (ver escala adotada), plasticida- de, cor (ver permitidas), origem (residual, transportado, aterros); • Ordenar amostras pela profundidade, separá-las em grupos semelhantes; • Caracterização visual e táctil: solos grossos e finos; • Classificação com no máximo 3 frações (ideal 2 frações). Exceto para presen- ça de pedregulhos, concreções, matéria orgânica; • Evidenciar a presença de mica (material micáceo). É sempre bom lembrar que as sondagens SPT são indispensáveis: em caso algum ensaios complementares devem substituí-las (NBR6122/2010, item 4.3). Além dis- so, a visita ao local da obra também é indispensável. Locação da obra Conforme especificado pela ABNT NBR 14645: 2011 – Partes 1, 2 e 3, apre- sentada por Velloso e Lopes (2012), a locação de uma obra consiste no uso de pontos de referência e instrumentos de medição para posicionar precisamente a obra, e se caracteriza como a implantação de um Projeto no terreno, de modo a determinar todos os referenciais necessários à construção da obra, ou seja, passar do papel para a obra real. Para iniciar a locação da obra, isto é, posicionar a Construção (Obra), deve-se transferir para o terreno o que se projeta em uma determinada escala. Durante a locação, devem ser levadas em consideração as dimensões do ter- reno e da obra, além de seus elementos, como afastamento, recuo e fundação. O processo de locação requer a presença do Engenheiro ou do Arquiteto res- ponsável (VELLOSO; LOPES, 2012). As considerações aqui apresentadas e discutidas são baseadas nas recomenda- ções da ABNT NBR 14645:2011: • Parte 1: levantamento planialtimétrico e cadastral de imóvel urbanizado com área até 25.000m2, para fins de estudos, projetos e edificação – Procedimento; • Parte 2: levantamento planimétrico para registro público, para retificação de imóvel urbano – Procedimento; • Parte 3: locação topográfica e controle dimensional da obra – Procedimento. Versão corrigida. Rio de Janeiro, 2011. Locar uma obra é uma das etapas mais importantes da construção (VELLOSO; LOPES 2012). Consiste em posicionar no terreno todos os elementos indicados no desenho, como: • Posição das estacas ou tubulões; • Posições das valas para os baldrames; • Posições dos eixos das paredes; • Posição dos pilares etc. 21 UNIDADE Fundações e a Superestrutura Em pequenas construções, as ferramentas mais importantes são: trena, escala, mangueira de nível, esquadro, prumo de centro, linha de pedreiro, martelo, mar- reta, facão, barbante, piquetes ou pequenas estacas de madeira, ripões, pregos, desenhos (plantas). Para dar início à locação da obra, algumas condições são exigidas: • Trabalhos de movimento de terra, ou seja, de terraplenagem; • Projeto da construção. Os trabalhos de locação iniciam-se pela locação dos eixos principais e das fun- dações (Figura 11), e é necessário: • Projeto de implantação; • Projeto de fundações; • Projeto de arquitetura; • Definição de um referencial. Para a transferência dos eixos principais e fundações, torna-se necessária a de- finição de um referencial, como exemplificado. São usados: • Ponto deixado pelo topógrafo; • Alinhamento da rua; • Limites do terreno; • Postes de iluminação; • Muro do vizinho. Esses pontos são definidos segundo três coordenadas para cada um, ou seja: • 2 pontos planimétricos (X, Y); • 1 ponto altimétrico (Z). Figura 11 – Exemplo de projeto de implantação Fonte: Acervo do conteudista 22 23 Em seguida, os pontos e os eixos podem ser materializados na obra pela utiliza- ção de teodolitos, piquetes e estações totais. Teodolitos, Piquetes e Estações Totais As estações totais permitem que a locação de pontos em campo seja feita dire- tamente, empregando-se as coordenadas deles, sem necessidade de cálculos inter- mediários da distância e da direção e, para tanto, elas devem estar armazenadas na memória do instrumento. Em campo, após a orientação da estação no mesmo referencial em que estão as coordenadas dos pontos, a estação vai “posicionando” o auxiliar que está com o bastão marcando os pontos. Isso é feito indicando-se em que direção o auxiliar deve se deslocar até chegar à posição desejada (VEIGA, 2012). Cavaletes A locação por cavaletes é indicada para obras de menor porte – garagens, bar- racões e ampliações – e com poucos elementos a serem locados, e tem a vantagem de utilizar menos material (estacas e tábuas) (VELLOSO; LOPES, 2012). Nesse tipo de locação, os alinhamentos são definidos por pregos cravados nos cavaletes constituídos de duas ou três estacas cravadas diretamente no solo e trava- das por uma travessa nivelada pregada nas estacas. A grande desvantagem dos cavaletes, por serem isolados, é a dificuldade de se perceber deslocamentos provocados pela circulação de equipamentos e operá- rios, resultando, com isso, alinhamentos e locações fora do previsto (VELLOSO; LOPES, 2012). As Figuras 12 e 13 ilustram o processo de locação com a utilização de cavaletes. Figura 12 – Ilustração da confi guração de um cavalete Fonte: AZEREDO, 1977 23 UNIDADE Fundações e a Superestrutura Figura 13 – Ilustração da configuração de um cavalete – Detalhe A Fonte: AZEREDO, 1977 Tabeiras/Gabaritos/Tábuas corridas A locação por tábua corrida, também chamada de tabela ou tabeira, é indicada para obras de maior porte, com muitos elementos a serem locados, e consiste em contornar toda a futura edificação com um cavalete contínuo constituído de estacas e tábuas niveladas e em esquadro (polígono em esquadro), conforme exemplificado nas Figuras 14 e Figura 15. Figura 14 – Ilustração da configuração de um gabarito Fonte: AZEREDO, 1977 Figura 15 – Detalhe do elementos de um gabarito para transferência de pontos e eixos Fonte: AZEREDO, 1977 24 25 Depois de definidas as linhas do gabarito, distanciadas 1,20m ou mais da futura construção, fincam-se no solo os pontaletes que darão rigidez ao cercado, devendo desde já ficar alinhados e nivelados, conforme Figura 16. Para maior garantia (obras de maior vulto), convém concretar a base das esta- cas, aguardando pelo menos 24 horas para dar continuidade à locação. No caso de o terreno apresentar uma inclinação acentuada, a locação pode ser feita com gabaritos em degraus (patamares), sempre em nível e esquadro. Figura 16 – Ilustração da colocação dos pontaletes com afastamento da área do terreno Fonte: AZEREDO, 1977 Após a fixação dos pontaletes, eles devem ser serrados com o topo ficando no nível desejado.Para isso, o ideal é utilizar um nível eletrônico a laser ou, em obras menores, um nível de mangueira, constituído de uma mangueira transpa- rente (cristal) de 12 a 15mm de diâmetro, cheia de água limpa e livre de bolhas de ar no interior. Partindo de um ponto definido no primeiro pontalete, transfere-se o nível para os demais pontaletes (Figura 17). Figura 17 – Utilização de nível de mangueira para nivelar os pontaletes Fonte: AZEREDO, 1977 Outra forma de transferir o nível é esticando uma linha entre os pontaletes e pregando uma tábua nivelada com nível de bolha, logo abaixo da linha, unindo um a um os pontaletes, segundo o nível do primeiro. Esse método não é muito preciso, mas serve para marcações preliminares. Figura 18 – Utilização de nível de bolha para nivelar peças do gabarito Fonte: AZEREDO, 1977 25 UNIDADE Fundações e a Superestrutura Utilizado com processo de locação de obras, a tabeira ou gabarito, apresenta as seguintes vantagens e desvantagens. Vantagens: • Referencial planimétrico e altimétrico; • Para estacas, fundações, pilares e paredes; • Boa precisão (menos sujeito a choques); • Facilidade de controle (conferência). Desvantagens: • Maior custo inicial; • Pode interferir na sequência executiva (escavação, entrada de equipamentos). O gabarito pode ser utilizado para locação de eixos e elementos de fundação, entre outros: 1. Como eixo de coordenadas (dos projetos); 2. Como um guia para medição; 3. Após medir as distâncias, a partir dos eixos, eles são marcados com pregos; 4. As linhas planimétricas cruzam-se e definem um ponto (em que será fixado o piquete); 5. As linhas definem eixos e faces de elementos. No gabarito, como guia para locação da obra, podem ser marcados, con- forme especificado: • Eixos Ortogonais de referência; • Posição de estacas; • Eixos de vigas baldrames; • Centro geométrico e faces dos blocos; • Eixos de paredes/pilares. Marcação Antes de iniciar a locação da obra, o terreno deve estar limpo (capinado) e, pre- ferencialmente, na cota de arrasamento das fundações (estacas ou sapatas) e antes de iniciar a montagem do gabarito, é necessário definir a referência inicial que pode ser, como mencionado anteriormente, um ponto definido no terreno, num muro ou numa parede de construção vizinha. A referência mais comum em obras urbanas é o alinhamento predial que, geral- mente, é marcado por Equipe de Topógrafo da Prefeitura ou por Empresa Presta- dora de Serviços contratada pela município. 26 27 Na Figura 19, é apresentado um esquema geral de locação de obra num terreno urbano (zona residencial), com recuo padrão de 5m. Figura 19 – Esquema geral de locação de obra num terreno urbano Fonte: AZEREDO, 1977 Sequência genérica para a locação de obra A locação de uma obra em Zona Residencial a partir do alinhamento predial for- necido ou devidamente conhecido pela existência de construções vizinhas já conso- lidadas deve seguir, genericamente, os passos descritos a seguir, usando aparelhos e ferramentas adequadas (teodolitos e níveis), nível de mangueira, trena metálica de 30m (jamais usar trena de lona, plástico ou metro de madeira), linhas de nylon, nível de pedreiro, fio de prumo, arame, tinta esmalte (cores vermelha e branca), marreta, martelo e pregos etc.: 1. Conferir a referência e limitar o terreno a partir do alinhamento, marcan- do os limites dele; 2. Marcar uma das faces (pode ser a frontal) do gabarito entre 1,2m a 1,5m da futura construção, considerando como a obra vai fi car no terreno (o alinhamento frontal recuado em 5m, a partir do alinhamento predial); 3. Confeccionar a face escolhida com estacas ou pontaletes (3”x3”) espaçados de 1,5 a 3m e alinhados rigorosamente por uma das faces (esticar uma linha de nylon). Depois de consolidados no terreno, os pontaletes devem ser ni- velados (nível de mangueira), cortados no topo a uma altura de 40 a 50cm do solo (até 1 a 1,2m) e ter pregadas em sua face interna tábuas (de boa qualidade) de 1”x6” (pode ser 1”x4”), devidamente niveladas; 4. A partir da primeira face, marcar e confeccionar as demais faces do gaba- rito, usando triângulos retângulos (gabaritos) para garantir a ortogonalida- de do conjunto (esquadro), conferindo sempre, até travar todo o conjunto com mãos-francesas e contraventamento, se necessário; 27 UNIDADE Fundações e a Superestrutura 5. Pintar o gabarito, preferencialmente, com tinta esmalte branca (pode ser látex); 6. Dependendo do método de locação utilizado ou da existência de projeto de locação, faz-se a marcação no topo da tábua interna, colocando pregos em alturas diferentes para identificar eixos, faces laterais de paredes etc. Marcar na tábua a linha de pilares com tinta esmalte vermelha; 7. Marcar todos os pontos de referência na tábua, sempre usando trena me- tálica e efetuar a conferência (Mestre ou Engenheiro). Um bom método de conferência é o inverso, ou seja, voltar do último ponto marcado, fazendo o caminho inverso da locação; 8. Com duas linhas de nylon n. 80 (preferência arame de aço recozido n.18), esticadas a partir das marcações do gabarito e no cruzamento das linhas, transferir as coordenadas das estacas (sapata ou elemento que venha a ser executado) para o terreno, usando um fio de prumo (250g) marcar o ponto exato da estaca (centro), cravando um piquete (pintado de branco); 9. No caso de haver movimentação de equipamentos pesados (bate-estacas, máquinas e caminhões), proceder à cravação com um rebaixo em relação ao terreno e marcar o local do piquete com cal ou areia; remarcar sempre que ocorrer dúvida em relação à locação do piquete; 10. Colocar proteções e avisos da existência do gabarito para evitar abalro- amento e deslocamentos que possam por em risco a exatidão do controle geométrico da obra. Alertar para que não utilizem o gabarito como andai- me, apoio para materiais, passarelas etc. A sequência genérica para a locação de obra é resumida e apresentada na Figura 20. Figura 20 – Sequência genérica para a locação de obra Fonte: Velloso; Lopes, 2012 28 29 Cuidados na marcação Durante a marcação dos pontos e eixos para a correta locação de um determi- nado elemento, deve-se tomar os seguintes cuidados: 1. Evitar o acúmulo de erros: a) Trabalhar com medidas acumuladas; b) Pedir o projeto desta forma; 2. Cuidado com instrumentos de medida: a) Trena de aço; b) Trenas plásticas com fi bra de vidro; c) Trenas de pano (evitar); 3. É necessário manter o gabarito em esquadro e em nível; 4. Em terrenos com grande desnível; 5. Sinalizar cuidadosamente no gabarito (cores, altura dos pregos). Ainda, durante a marcação dos pontos e eixos, há de se respeitar certas tolerân- cias, como segue: • Esquadro do gabarito: 2mm / 10m; • Esquadro dos eixos principais: 1mm /10m. Durante a locação dos elementos da obra, tolerâncias devem ser respeitadas, e são definidas em: • Nivelamento do gabarito: 10mm em 30m; • Precisão da trena: 3mm; • Elementos de fundação: variam com o tipo: » Alicerce: 5 cm; » Bloco de fundação: 5cm; » Pilar: 1,0cm. O conhecimento do local de execução da construção e sua descrição exata é fundamental para a locação de obras. Durante a locação de uma obra, erros naturais, instrumentais e pessoais no processo topográfico geram falhas no dimensionamento do projeto e fomentam aumento e desperdiço de materiais e de tempo para a resolução e a correção do erros. Ainda, um Projeto de locação de precisão é essencial para a qualidade do pro- duto final, tendo importância nas etapas de: 1. Montagem de estruturas, nas quais erros de posicionamento são danosos a elementos estruturais, podendo causar patologias e até o colapso; 29 UNIDADE Fundações e a Superestrutura 2. Marcação de alvenaria, nas quaiserros de dimensionamento podem afetar a usualidade de cômodos e insatisfazer o cliente; 3. Passagem de instalações, nas quais erros de posicionamento podem inter- ferir na passagem de instalações elétricas e tubulações. Tipos de Fundações Denomina-se fundação os elementos de uma construção que transmitem as car- gas dela ao subsolo. São usualmente classificadas na prática da Engenharia como fundações diretas ou fundações indiretas (VELLOSO; LOPES, 2012). Segundo a ABNT NBR 6122:2010, e apresentado por Velloso e Lopes (2012), temos: • Fundações diretas: são elementos de fundação em que a carga é transmiti- da ao terreno, predominantemente pelas pressões distribuídas sob a base da fundação, e em que a profundidade de assentamento em relação ao terreno adjacente é inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação. Incluem-se nesse tipo de fundação as sapatas, os blocos, os radier, as sapatas associadas, as vigas de fundação e as sapatas corridas; • Fundações indiretas: são elementos de fundação que transmitem a carga ao terreno pela base (resistência de ponta), por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas, e que estão assentes em profundi- dade superior ao dobro de sua menor dimensão em planta, e no mínimo 3m, salvo justificativa. Nesse tipo de fundação, incluem-se as estacas, os tubulões e os caixões. Teoricamente, como se poderá ver mais tarde, a diferença básica entre uma fundação superficial e uma profunda reside no Modelo admitido para o desenvolvi- mento de sua capacidade de carga. Tipos Conforme especificações da ABNT NBR 6122:2010, as fundações superfi- ciais compreendem: 1. Blocos – Fundações de concreto simples ou ciclópico, com alturas com- patíveis a não necessitarem de armadura, sendo as tensões de tração resis- tidas pelo próprio concreto; 30 31 2. Sapatas – Fundações de concreto armado, com alturas menores e nas quais as tensões de tração são resistidas por armadura; 3. Vigas de fundação – Fundações corridas que suportam pilares alinhados ou paredes de alvenaria, podendo ter seção transversal tipo bloco (sem armadura) e, nesse caso, frequentemente denominadas baldrames, ou tipo sapata (armada); 4. Grelhas – Fundações constituídas por conjunto de vigas que se cruzam em pilares; 5. Sapata associada – Fundações que recebem alguns pilares não alinhados de uma edifi cação; 6. Radier – Fundação que recebe todos os pilares de uma edifi cação. As fundações profundas, conforme especificações da ABNT NBR 6122:2010, compreendem: 1. Estacas: elementos cuja execução demanda a utilização de equipamentos e Processos específi cos. Dependendo do Processo executivo, as estacas podem ser cravadas (estacas de deslocamento) ou escavadas (estacas de não deslocamento); 2. Tubulões: aqueles que têm pelo menos uma fase de sua execução (aber- tura da base) realizada manualmente. Os tubulões podem ser a céu aberto ou pneumáticos (ar comprimido). A Tabela 2 apresenta um resumo dos tipos de Sistemas de infraestrutura de edifi- cações e obras de Engenharia, conforme especificações da ABNT NBR 6122:2010. Tabela 2 - Tipos de Sistemas de infraestrutura de edifi cações e obras de Engenharia Sistema Tipo Forma de execução Forma de implantação Equipamento Vantagens Desvantagens Rasas ou diretas Alicerce ou sapata corrida Moldada in loco Alvenaria de tijolos maciços ou concreto Não necessita de equipamento especial Simplicidade Exige cuidados especiais com solo abaixo do lençol freático Sapata isolada Moldada in loco Concreto armado Não necessita de equipamento especial Flexibilidade de formas Exige cuidados especiais com a escavação Placas ou Radiers Moldada in loco Concreto armado Equipamentos usuais das obras em concreto Baixo custo em terrenos homogêneos Exige cuidados especiais no dimensionamentoConcreto protendido 31 UNIDADE Fundações e a Superestrutura Sistema Tipo Forma de execução Forma de implantação Equipamento Vantagens Desvantagens Profundas ou especiais Estaca de madeira Pré-fabricada Cravação Bata-estacas de gravidade Baixo custo Pouca durabilidade em locais com variação de umidade Facilidade de corte e emenda Resistente aos esforços de transporte e manuseio Baixa resistência à umidade e a ataques de organismos Durabilidade ilimitada se usada em locais submersos (água doce) Estaca metálica Pré-fabricada Cravação Bate-estacas de gravidade ou a motor Facilidade de cravação Alto custo Maior garantia de integridade Muito resistente aos esforços de manuseio Estaca de concreto Pré-fabricada Cravação Bate-estacas Grande durabilidade Baixa resistência aos esforços de manuseio e transporte Indicada para vários tipos de solicitações Dificuldade de execução de cortes e emendas Grande possibilidade de falhas de integridade Strauss Moldada in loco Cravação Bate-estacas simples Baixo custo Grande possibilidade de falhas Equipamento com boa mobilidade no canteiro Não pode ultrapassar o lençol freático Simplex Moldada in loco Cravação Bate-estacas Pode ultrapassar o lençol freático Difícil de encontrar comercialmente Franki Moldada in loco Cravação Bate-estacas Admite altas cargas Grande possibilidade de falhas de integridade Indicada para grandes profundidades Vibração excessiva no entorno Recuperação de patologias Estaca mega ou prensada Pré-fabricada Cravação por reação Macaco hidráulico Indicada para recuperar estruturas sem demolição Alto custo Demorada Estaca injetada Moldada in loco Perfuração Perfuratriz e equipamento de injeção Indicada para recuperar estruturas onde não é possível utilizar vibração (bate-estacas) Alto custo Equipamentos especiais Obras simples Estaca broca Moldada in loco Escavação Trado manual Rapidez Poucas profundidades Baixo custo Fonte: ABNT NBR 6122:2010; Velloso; Lopes (2012) O Projeto de uma fundação começa com a análise dos vários tipos de fundação viáveis, a fim de se poder escolher qual utilizar. Essa escolha está intimamente liga- da à estrutura a ser construída e ao subsolo da região. É necessário, portanto, um estudo prévio do subsolo, por meio de sondagens. 32 33 Quando para um tipo de estrutura e de subsolo podem ser utilizados vários tipos de fundações sem prejuízo da técnica, a escolha deve ser feita utilizando critérios econômicos. Não existe uma Lei matemática para escolher uma fundação, e sim uma série de fatores que devem ser analisados, como capacidade de carga do terreno, re- calques admissíveis da estrutura, fundações vizinhas, além de ser necessário levar em consideração os hábitos construtivos da região, as condições econômicas, as possibilidades técnicas etc. Deve-se estar atento para as novidades que aparecem em termos tecnológicos. 33 UNIDADE Fundações e a Superestrutura Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade: Livros Topografia Para Engenharia: Teoria e Prática de Geomática SILVA, I. da; SEGANTINE, P. C. L. Topografia Para Engenharia: Teoria e Prática de Geomática. Rio de Janeiro: Campus, 2015. Tecnologia de Obras e Infraestrutura PINHEIRO, A. C. F. B.; CRIVELAR, M. Tecnologia de Obras e Infraestrutura. São Paulo: Érica, 2014. (E-book) Métodos de Investigação do Subsolo MARQUES, A. G.; MARQUES, J. A. F.; MARQUES, R. F. Métodos de Investigação do Subsolo. 3.ed. Maceió: Edufal, 2015. Fundações e Estruturas de Contenção BUDHU. Fundações e Estruturas de Contenção. Rio de janeiro: LTC, 2013. Leitura Fundações E Obras De Terra https://goo.gl/feX7jm 34 35 Referências ALONSO, U. R. Correlação entre o atrito lateral medido com o torque e o SPT, Revista Solos e Rochas, v. 17, n.3, dezembro 1994. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6502 – Rochas e Solos – Terminologia – ABNT – NBR 13441 (1995) – Rochas e Solos – Simbologia. Rio de Janeiro: ABNT, 2015. ________. NBR 8063 (1983) – Programação de sondagens de simples reconhe- cimento dos solos para fundações de edifícios – Procedimento. Rio de Janeiro: ABNT, 1983. ________. NBR 14.645-1 – Elaboração do “como construído” (as built) para edi- ficações – Parte 1: levantamento planialtimétrico e cadastral de imóvel urbanizado com área até 25.000m2, para fins de estudos, projetos e edificação – Procedimen- to. Rio de Janeiro: ABNT, 2001. ________. NBR 14.645-2 – Elaboração do “como construído” (as built) para edifi- cações – Parte 2: levantamento planimétrico para registro público, para retificação de imóvel urbano – Procedimento. Rio de Janeiro: ABNT, 2005. ________. NBR 14.645-2 – Elaboração do “como construído” (as built) para edifi- cações – Parte 3: levantamento planimétrico para registro público, para retificação de imóvel urbano – Procedimento. Rio de Janeiro: ABNT, 2005. ________. NBR 13133: execução do levantamento topográfico – Procedimento. Rio de Janeiro: ABNT, 1996. ________. NBR 6484:2001 – Solo – Sondagens de simples reconhecimentos com SPT – Método de ensaio. Rio de Janeiro: ABNT, 2001. ________. NBR 8036:1983 (Programação de sondagens de simples reconheci- mento dos solos para fundações de edifícios – Procedimento). Rio de Janeiro: ABNT, 1983. ________. NBR 6122:2010 (Projeto e execução de fundações). Rio de Janeiro: ABNT, 2010. AZEREDO, Hélio Alves de. O edifício e sua cobertura. São Paulo: Edgard Blücher, 1977. 182p. VEIGA, L. A. K.; ZANETTI, M. A. Z.; FAGGION, P. L. Fundamentos de Topo- grafia. Curitiba: Universidade Federal do Paraná, 2012. VELLOSO, D.; LOPES, F. R. Fundações. São Paulo: Oficina de textos, 2012. 568p. 35