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  1. 1. 1 Conceitos, concepção e requisitos de projetos e obras de fundações, tipos de fundações Professora Dra. Patricia Barboza 2 1 Conceitos fundamentais em um projeto de fundação Fundação é o sistema utilizado para apoiar no solo ou na rocha uma estrutura qualquer, de maneira a obter segurança em relação a dois condicionantes fundamentais: RUPTURA e RECALQUE. Ruptura: representa a situação limite de resistência do solo, na qual ocorre o deslocamento geral da fundação, levando a estrutura (edificação) à ruína. Recalque: representa a situação em que as deformações impostas à edificação pelos deslocamentos das fundações, passam a prejudicar seu funcionamento ou sua utilização.
  2. 2. 2 3 2 Concepção de obras de fundações Para o desenvolvimento de um projeto de fundações são necessários os seguintes elementos: a) Topografia da área: levantamento planialtimétrico, dados sobre taludes e encostas do terreno, informações sobre processos erosivos; b) Dados geológicos-geotécnicos: investigação do subsolo (sondagens), geologia local, mapas geológicos, experiências anteriores, etc. c) Dados da estrutura que será construída: tipo e uso, sistema estrutural, cargas atuantes nas fundações. 4 d) Dados sobre construções vizinhas: tipos de estruturas e fundações, desempenho das fundações, existência de subsolo, possíveis conseqüências de atividades que exijam escavações ou provoquem vibrações. 3 Esforços solicitantes nas fundações a) Cargas permanentes: peso próprio, peso de equipamentos, empuxo de terra, entre outras que atuam no decorrer de toda a vida útil da obra; e b) Cargas vivas: podem ser divididas em operacionais, ambientais (ventos), acidentais (explosão, fogo).
  3. 3. 3 5 Para o dimensionamento de uma fundação, deve-se considerar sempre a combinação dos esforços permanentes e vivos, de modo a se ter elementos com capacidade de carga suficiente para suportar a ação simultânea dos esforços com a segurança prevista nas normas brasileiras. Considerar também além da capacidade de carga, os recalques resultantes da ação do carregamento e seus possíveis efeitos no desempenho da estrutura. 6 4 Requisitos de um projeto de fundações Os principais requisitos que um projeto qualquer de fundações deve atender são: Deformações aceitáveis sob as condições de trabalho; Segurança ao colapso do solo de fundação; Segurança ao colapso dos elementos estruturais; Segurança ao tombamento e deslizamento, quando atuam forças horizontais; e Níveis de vibrações compatíveis, quando atuam cargas dinâmicas.
  4. 4. 4 7 5 Classificação das fundações As fundações podem ser classificadas como rasas ou profundas. Fundações rasas: são apoiadas logo abaixo da infraestrutura e distribuem as tensões diretamente sobre sua base. 8 Fundações profundas: são apoiadas em camadas profundas, mais resistentes, transmitindo os esforços ao solo por tensões laterais e por tensão sobre sua base.
  5. 5. 5 9 Fundações profundas: são apoiadas em camadas profundas, mais resistentes, transmitindo os esforços ao solo por tensões laterais e por tensão sobre sua base. 10 6 Tipos de fundações Como tipos de fundações rasas, destacam-se: Blocos: elementos de fundação de concreto simples, dimensionados de maneira que as tensões de tração nele produzidas, possam ser suportadas pelo próprio concreto, sem necessidade de armadura.
  6. 6. 6 11 Sapata: elementos de fundação de concreto armado, de altura menor que os blocos, utiliza armadura para resistir aos esforços de tração. As sapatas de fundação podem ser isoladas, corridas ou associadas. Sapatas isoladas Dão apoio a apenas um pilar sobre cada sapata; Podem ser quadradas, retangulares, trapezoidais, etc; São mais econômicas se tiverem abas iguais 12 Sapatas corridas São usadas para apoio de paredes contínuas, ou de uma seqüência de pilares; Muito usadas em edifícios populares, baixos, em alvenaria auto-portante; são econômicas apenas quando o solo de apoio se encontra a pequena profundidade.
  7. 7. 7 13 Sapatas associadas São usadas nos casos em que as sapatas de 2 pilares próximos apresentam sobreposição em planta; Suportam 2 ou mais pilares; Podem ter formas diversas; São mais onerosas do que as isoladas, pois a solidarização dos pilares exige a construção de uma viga de rigidez, densamente armada e de grande altura, implicando em volume adicional de concreto armado. 14 Radier: elemento de fundação tipo laje que recebe a carga de todos os pilares da obra. em lugar de ser uma solução econômica, é das mais onerosas; é pouco utilizada, só em casos excepcionais como por exemplo na existência de solos moles, ou com matacões, ou lençol frático muito elevado, etc. funciona de modo a reduzir as diferenças de recalques entre os diversos pilares.
  8. 8. 8 15 Possíveis soluções de emprego de fundações diretas 16 Quando o solo que tem capacidade de suporte compatível com a carga da edificação está a mais de 3 metros de profundidade, é necessário recorrer as fundações profundas. Os 2 tipos principais de fundações profundas são: estacas e tubulões. Estacas: são elementos alongados, cilindricos ou prismáticos, que são cravadas com equipamentos chamados bate-estacas, ou são confeccionadas no local (in loco). P
  9. 9. 9 17 De acordo com a metodologia de execução as estacas podem ser: Pré-moldadas: quando são fabricadas em local diferente de onde será utilizada. São fornecidas prontas ou em pares para serem emendadas. Exemplos: estacas de madeira, de aço, de concreto armado. Moldadas in loco: quando a fabricação se dá no local de utilização final da estaca. Existem diversos tipos que diferem pelo método executivo empregado. Exemplos: broca, strauss, raiz, barrete, estacão. 18 Estacas pré-moldadas de concreto: executadas por empresas especializadas, apresentam seções diversas e dimensões variáveis. Necessitam de equipamento tipo bate- estacas para sua cravação no terreno. Estacas metálicas: em forma de perfis metálicos ou seções tubadas, são muito empregadas em obras portuárias. Também exigem equipamento tipo bate-estacas para cravação. Estacas de madeira: Atualmente, diante das dificuldades de se obter madeira de boa qualidade e do aumento nas cargas das estruturas, sua utilização tem sido muito reduzida.
  10. 10. 10 19 Estacas Franki: é uma estaca em concreto armado, moldada no solo, que usa um tubo de revestimento cravado dinamicamente, com ponta fechada por meio de bucha e recuperável após a concretagem. Caçamba de concretoOrelhas de arrancamento Tubo de revestimento Cabo de arrancamento Bucha Fuste Base armadura 20 Estacas Strauss: Moldada in loco, sem o auxílio de lama de estabilização. O processo de execução consiste na retirada de solo com sonda e simultânea introdução de tubos metálicos rosqueáveis entre si. A concretagem é feita por apiloamento, com a retirada paralela da tubulação.
  11. 11. 11 21 Estacas hélice contínua: Moldada in loco, é executada por meio de um trado contínuo e injeção de concreto através da haste central do trado, simultâneamente a sua retirada do terreno. Fases de execução Perfuração do terreno utilizando a hélice em espiral; Atingida a profundidade o concreto é bombeado através do tubo central da hélice, nesse momento a hélice é extraída continuamente sem girar ou girando lentamente no sentido da perfuração´, o concretagem progride até a cota de topo da estaca; A armadura em forma de gaiola é introduzida por gravidade ou com auxílio de um pilão de pequena carga. 22 Estacas barrete e estacões: São estacas escavadas com o auxílio de lama bentonítica e concretagem submersa. A lama bentonítica tem como função garantir a estabilidade das paredes da escavação, contribuindo para a qualidade final do elemento em concreto. Os estacões têm seção circular, com φ em geral superior a 60cm, escavados por rotação ou perfuração. As estacas barretes possuem seção retangular e são escavadas com “clamshell”.
  12. 12. 12 23 Fases de execução da estaca barrete 24 Estacas raiz: São estacas nas quais se aplicam injeções de ar comprimido imediatamente após a moldagem do fuste e no topo do mesmo, concomitantemente a remoção do revestimento. As pressões de injeções são baixas, e tem como objetivo apenas garantir a integridade do fuste. São geralmente armadas com barras de aço.
  13. 13. 13 25 Estacas tipo broca: São escavadas manualmente, em geral com utilização de trado tipo concha, e sempre acima da posição do nível do lenço freático (NA). A perfuração manual restringe sua utilização a pequenas profundidades e a pequenos carregamentos. Classificação dos principais tipos de estacas pelo método construtivo 26 Estacas escavadas
  14. 14. 14 27 Estacas cravadas de concreto 28 Estacas moldadas in loco, com pré-escavação
  15. 15. 15 29 Tubulões: Elementos com grande diâmetro de base que atravessa solos fracos ou médios e se apoiam em solos fortes; Para ser classificado como tubulão é fundamental ter base alargada; O mecanismo predominante de transferência de carga é por tensão transferida ao solo pelo contato da base; A carga por atrito lateral é pequena, enquanto a carga na base é grande. 30 Tipos de Tubulões: Tubulão a céu aberto: podem ser executados com ou sem revestimento metálico ou de concreto; Em geral a escavação se situa em cotas acima do NA; Em solos argilosos não fissurados é possível avançar um pouco abaixo do NA; Deve-se evitar o uso de tubulões sem revestimento em aterros não compactados, ou em solos muito arenosos (devido ao risco de desmoranamento); O uso de revestimento tem como objetivo conter solos que possam desmoronar e também evitar entrada de água;
  16. 16. 16 31 A base é sempre escavada sem revestimento e sem qualquer escoramento (não há como escorar o alargamento da base); A solução em tubulões a céu aberto, sem revestimento, é das mais econômicas em fundação, seria a próxima opção após as sapatas; O fuste pode ser armado (maiores esforços de compressão ou flexão e cisalhamento); A base não deve ser armada (dificulta a penetração do concreto); No preenchimento da base pode-se usar até 20% de rachão espalhados manualmente. 32 Tubulão a ar comprimido: Deve ser sempre revestido, com camisa de aço ou de concreto armado; São usados quando o esgotamento da água por bombas não for suficiente, ou quando a escavação a céu aberto não for estável, ou sob lâmina d’água (rios e mares); A camisa de aço costuma descer com equipamento mecânico, enquanto a de concreto vai sendo instalada pro escavação manual; Atualmente é pouco utilizado, é uma solução de custo elevado, e em geral existem soluções mais econômicas; Pode-se avançar até cerca de 30 metros abaixo do NA;
  17. 17. 17 33 A jornada de trabalho dos operários é menor devido a condição hiperbárica; A inspeção da base por engenheiro é demorada (tempos de compressão e de descompressão); A camisa de aço ou de concreto é sempre parte da estrutura; A concretagem é muito lenta; O nível de ruído é muito alto, devido aos compressores.

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