Transcript Aula 01 FUNDACOES_concepcao de

CENTRO TECNOLÓGICO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
FUNDAÇÃO
TEORIA
FUNDAÇÃO
1° semestre/2013
AULA 01: Concepção de Obras de Fundações
“A SEGURANÇA ABSOLUTA MUITAS
VEZES SÓ É ACEITÁVEL A CUSTOS
INACEITÁVEIS!!!”
?
 Conheça bem o seu problema.
 Conheça bem as soluções usuais.
 Seja engenhoso no projeto.
 Analise, após a concepção.
 Questione os dogmas.
Introdução ao estudo das
fundações
A função da fundação é suportar as
cargas que atuam sobre ela e distribuí-las
de maneira satisfatória (com segurança)
e econômica sobre as superfícies de
contato com o solo sobre o qual se apoia.
Projeto de fundações
Mecânica dos solos
Análise estrutural
Introdução ao estudo das
fundações
Execução de um projeto de fundações:
 Planta de locação e carga nos pilares;
 Conhecimento das características do subsolo
(sondagem do solo).
O projetista estrutural repassa ao projetista de
fundação as cargas que serão transmitidas aos
elementos de fundação.
Projeto Estrutural
(carga dos pilares)
Projeto de fundações
(geotécnico e
estrutural)
Carga dos pilares
Sondagem do
do terreno
terreno
Sondagem
Escolha da Fundação
Dimensionamento geotécnico
e estrutural
Projeto de Fundações
O custo da fundação: 3% a 10%
custo total do edifício.
5 a 10 vezes, a mais, se for uma
fundação não apropriada e / ou o
reforço da mesma.
Fundações: As cargas de qualquer
estrutura têm de ser descarregadas no
solo através de sua fundação. Assim a
fundação é uma parte essencial de
qualquer estrutura. Seu tipo e detalhes
de sua construção podem ser decididos
somente com o conhecimento e
aplicação de princípios da mecânica dos
solos.
FATORES QUE DETERMINAM A
ESCOLHA DO TIPO DE FUNDAÇÃO
 ARQUITETURA E TIPO DA SUPERESTRUTURA
 CARACTERÍSTICAS DO MACIÇO DE SOLOS
 TOPOGRAFIA DA SUPERFÍCIE DO TERRENO
 CONDIÇÕES DAS CONSTRUÇÕES VIZINHAS
 ASPECTOS TÉCNICOS: LIMITAÇÕES DAS SOLUÇÕES
 ASPECTOS ECONÔMICOS: CUSTOS E PRAZOS
ARQUITETURA E TIPO DA SUPERESTRUTURA
TIPO E FUNÇÃO: EDIFÍCIO, PONTE, TANQUE, CAIS
CARGAS ATUANTES: NATUREZA, VALOR, POSIÇÃO
EXISTÊNCIA DE TRECHOS ENTERRADOS: SUBSOLOS
SENSIBILIDADE DA ESTRUTURA A RECALQUES
ASPECTOS FUNCIONAIS E DE DURABILIDADE
CARACTERÍSTICAS DO MACIÇO DE SOLOS
 VARIABILIDADE ESPACIAL DAS CAMADAS
 RESISTÊNCIA E COMPRESSIBILIDADE DOS SOLOS
 EXISTÊNCIA DE CAMADAS RESISTENTES SUPERFICIAIS
 EXISTÊNCIA DE CAMADAS ADENSÁVEIS OU ESPECIAIS
 EXISTÊNCIA E POSIÇÃO DO NÍVEL D´AGUA,
NECESSIDADE DE REBAIXAMENTO DO LENÇOL FREÁTICO
 POSIÇÃO DA SUPERFÍCIE DO INDESLOCÁVEL
CONDIÇÕES DAS CONSTRUÇÕES
VIZINHAS
 TIPO E PROFUNDIDADE DAS FUNDAÇÕES VIZINHAS
 EXISTÊNCIA DE SUBSOLOS NO VIZINHO
 SENSIBILIDADE A VIBRAÇÕES
 DANOS JÁ EXISTENTES: VISTORIA JUDICIAL PRÉVIA
 EFEITO DE REBAIXAMENTO DO LENÇOL DE ÁGUA
 NECESSIDADE DE ESCORAMENTOS
 LEGISLAÇÃO AMBIENTAL SOBRE RUIDOS
TOPOGRAFIA DA SUPERFÍCIE DO TERRENO
 CONSTRUÇÃO EM ENCOSTAS
 NECESSIDADE DE CORTES OU DE ATERROS
 ACESSOS DE EQUIPAMENTOS TERRENO ACIDENTADO
 OCORRÊNCIA DE LÂMINA DE ÁGUA
 PRESENÇA DE SOLOS MOLES NA SUPERFICIE
 PRESENÇA DE OBSTÁCULOS PARA A EXECUÇÃO
ASPECTO TÉCNICO: LIMITAÇÕES DAS SOLUÇÕES
 ARGILA MOLE x ESTACAS MOLDADAS IN SITU
 SOLOS MUITO RESISTENTES x ESTACAS PREMOLDADAS
 SOLOS COM MATACÕES x ESTACAS CRAVADAS
 CONCRETO
 NÍVEL DE ÁGUA ELEVADA x ESTACAS MOLDADAS
 IN SITU SEM REVESTIMENTO OU LAMA BENTONÍTICA
 CONSTRUÇÃO COM SUBSOLOS EM ZONA URBANA
 PRESENÇA DE ÁGUAS AGRESSIVAS x DURABILIDADE
ASPECTOS ECONÔMICOS: CUSTOS E PRAZOS
 DISPONIBILIDADE DE EQUIPAMENTOS NO MERCADO
 PRAZOS DE EXECUÇÃO DAS ALTERNATIVAS
 CUSTOS DAS ALTERNATIVAS
 OTIMIZAÇÃO DAS SOLUÇÕES ALTERNATIVAS
 SEGURO E GARANTIA DA QUALIDADE
Tipos de fundações
Tipos de fundações
Fundações
Superficiais
Profundas
(rasas ou diretas)
(indiretas)
Fundações Superficiais
Fundações Superficiais
• As fundações superficiais são aquelas em
que a carga é transmitida ao terreno, pelo
elemento estrutural, predominantemente
pelas pressões distribuídas sob a base
das mesmas e que a profundidade de
assentamento em relação ao terreno
adjacente é inferior a duas vezes a menor
dimensão da fundação, sendo desprezível
a parcela de resistência correspondente à
transmissão pelo atrito lateral.
Fundações Superficiais
Fundações Profundas
Fundações Profundas
• As fundações profundas são aquelas em que
o elemento estrutural de fundações transmite
as cargas, as camadas de solos resistentes
mais profundos, pela base, por sua superfície
lateral ou por uma combinação das duas, e
está embutido em profundidade superior ao
dobro de sua menor dimensão em planta e
no mínimo 3 m.
Fundações Profundas
Estaca
A estaca é o elemento de fundação
profunda executado inteiramente por
equipamentos ou ferramentas, sem
que, em qualquer fase de sua
execução, haja descida de operário.
Os materiais empregados podem ser:
madeira, aço, concreto pré-moldado,
concreto moldado “in situ” ou mistos.
Tubulão
O tubulão é o elemento de fundação
profunda, cilíndrico, em que, pelo
menos na sua etapa final, há descida
de operário. Pode ser feito a céu
aberto ou sob ar comprimido
(pneumático) e ter ou não base
alargada.
O que defini o tipo de fundação a
ser adotado não pode ser
determinado por nenhuma função
matemática, é necessário avaliar
os hábitos construtivos da região,
as condições econômicas, as
possibilidades do mercado de
trabalho local e dos atributos
tecnologicamente importantes do
terreno.
Investigação do
subsolo
A investigação do subsolo tem como
objetivo verificar a natureza do solo,
a espessura das diversas camadas
(estratificação), a profundidade e a
extensão da camada mais resistente
que deverá receber as cargas da
construção, e determinar o tipo da
fundação a ser especificada.
Investigação do subsolo
Investigações de campo
Investigações de laboratório
Classificação dos métodos de investigação
do subsolo:
• Indiretos;
• Diretos;
• Semi-diretos.
Métodos Indiretos
Permitem determinar apenas a
existência de singularidades no
terreno como, por exemplo, a
presença de grandes blocos de rocha,
cavidades subterrâneas, espessuras
de camadas e a presença ou não de
lençol freático.
Exemplo: ensaios geofísicos.
Métodos Indiretos
São importantes para o estudo
preliminar de grandes obras de
engenharias (barragens, aeroportos) e
devem ser utilizados em conjunto com
Métodos Diretos.
Exemplo: sondagem a trado.
Métodos Diretos
Permitem a retirada de amostras do
solo,
e
consequentemente,
sua
identificação, classificação e a resistência
das suas diversas camadas.
Um exemplo típico é o Ensaio SPT e o
ensaio de sondagem rotativa.
Métodos Semi-Diretos
Fornecem propriedades de engenharia como
compressibilidade e resistência dos solos e
rochas ‘in situ’. Não indicam o tipo de solo e
não ‘recolhem’ amostras. Em muitos casos
são também conhecidos como métodos
complementares aos Métodos Diretos.
Um exemplo típico é o Ensaio CPT.
Métodos Semi-Diretos
CPT
Tem por objetivo a obtenção de
parâmetros geotécnicos de correlação
direta com o comportamento de estacas
(fundações profundas).
Classifica e estratigrafia dos solos. É muito
interessante para fundações profundas
(estacas), pois permite a determinação de
parâmetros como a resistência de ponta e
resistência lateral.
Número, profundidade e
disposição dos furos
Número, profundidade e
disposição dos furos
Para o caso de fundações de edifícios para
residências ou comerciais, a NBR-8036 fixa
diretrizes gerais a serem observadas na
exploração do subsolo.
No caso de fundações para edifícios, o
número mínimo de pontos de sondagens a
realizar é função da área a ser construída
Área
Construída
Nº de Sondagens
De 200 m²
até 1.200 m²
1 sondagem para cada 200
m²
De 1.200 m²
até 2.400 m²
1 sondagem para cada 400
m² que exceder a 1.200 m²
Acima de
2.400 m²
Será fixada a critério,
dependendo do plano de
construção.
Podemos ainda, avaliar o mínimo de
furos para qualquer circunstância em
função da área do terreno para lotes
urbanos:
2 furos para terreno até 200 m²;
3 furos para terreno entre 200 a 400
m², ou
No
mínimo
três
furos,
para
determinação
da
disposição
e
espessura das camadas.
Distribuição dos furos
Profundidade dos furos
A profundidade a ser explorada
pelas sondagens, para efeito de
projeto geotécnico, é função do
tipo de edifício, das características
particulares da estrutura, de suas
dimensões em planta, da forma
da área carregada e das
condições geotécnicas locais.
Poços e trincheiras de
inspeção
Poços e trincheiras de inspeção
O poço é definido com escavação vertical
de seção circular ou quadrada, quando
projetada em um plano horizontal, com
dimensões mínimas suficientes para
permitir o acesso de um observador,
visando a inspeção das paredes e fundo, e
retirada de amostras representativas
deformadas
e
indeformadas
(NBR
9604/1986).
Poço de sondagem
Poço de sondagem
Poços

Seção transversal mínima: 1 m de
lado (poço quadrado) ou de 1,2 m de
diâmetro (poço circular).
A escavação iniciada após a limpeza
superficial do terreno em área
delimitada por um quadrado de 4 m de
lado.
Trincheira

A trincheira é a escavação
geralmente vertical, ao longo de uma
determinada linha ou seção de modo a
se obter uma exposição contínua do
terreno, com dimensões variáveis.
Trincheira
Largura mínima: 1 m
Comprimento é em função da
finalidade de sua abertura.
A escavação é feita após a limpeza
superficial do terreno, correspondente
a área do trecho inicial da trincheira
prevista e área lateral de 1 m de
largura, medida a partir das bordas da
trincheira.
Sondagem a Trado
Sondagem a Trado
É um método de investigação
geológico-geotécnica que utiliza como
instrumento o trado (trado helicoidal e
concha).
Tem por finalidade a coleta de
amostra deformadas, determinação do
nível d’água e identificação dos
horizontes do terreno.
Sondagem a Trado
Sondagem a Trado
É iniciada após limpeza de uma área
circular com cerca de 2 m de diâmetro
(NBR 9603/1986).
Se houver mudança de material, no
transcorrer do metro perfurado, devem
ser coletadas tantas amostras quantos
forem os diferentes tipos de materiais,
se não devem ser coletadas a cada
metro.
Sondagem SPT
Sondagem SPT
A sondagem de simples reconhecimento,
também conhecida como SPT (Standard
Penetration Test), determina um índice de
resistência à penetração do solo conhecido
como NSPT, além disso, fornece amostras do
solo para que se possa fazer uma descrição
do perfil do solo com o uso da análise tátilvisual.
Sondagem SPT
•
A execução de uma sondagem é um
processo repetitivo, que consiste em
abertura do furo, ensaio de penetração e
amostragem a cada metro de solo sondado.
•
Desta forma, em cada metro faz-se,
inicialmente, a abertura do furo com um
comprimento de 55cm, e o restante dos
45cm para a realização do ensaio de
penetração.
Os principais equipamentos são:
• Tripé
• Hastes (diâmetro interno de 1” e massa
teórica de 3,23 kg/m)
• Tubos de revestimento (diâmetro interno 2
½”)
• Barriletes amostradores (diametro externo
de 2” e interno de 1 3/8”)
• Pilão (peso de 65 kg, coxim de madeira
dura, guia para centralização de sua
queda e indica-se a altura de queda de 75
cm, contados a partir da base)
• Saca tubos para hastes e revestimentos
Os principais equipamentos são:
•
•
•
•
•
Bomba d’água motorizada
Cabeça de bater padrão (cilindro de aço
de 8,3 cm de diâmetro por 9 cm de altura)
Baldinho com válvula de pé
Trado
Medidor de nível d’água.
Índice de Resistência à Penetração Nspt –
número necessário à penetração dos
últimos 30 cm do amostrador.
Nspt é comumente empregado em
projetos de fundações para a escolha do
tipo de fundação e dimensionamento da
fundação.
Em relação ao encerramento da
sondagem, existem alguns métodos
para determiná-las:
•
•
•
•
3 m sucessivos, se obtiver índices de
penetração maior que 45/15;
4 m sucessivos, forem obtidos índices de
penetração entre 45/15 e 45/30;
5 m sucessivos, forem obtidos índices de
penetração entre 45/30 e 45/45.
Quando a penetração for nula após 5
quedas do martelo → impenetrável à
percussão.
Condição de impenetrável
•
Avanço da perfuração por lavagem, com
duração de 30 minutos, anotando-se os
avanços do trépano a cada 10 minutos.
Quando o avanço for inferior à 5 cm por
10 minutos, é considerado a condição de
impenetrável.
Plano de locação das sondagens
Relatório da
sondagem
SPT
Plano de locação das sondagens
Relatório da
sondagem
SPT
Plano de locação das sondagens
Relatório da
sondagem
SPT
Sondagem Rotativa
Sondagem Rotativa
•
A sondagem rotativa é um método de
investigação que consiste no uso de um
conjunto moto-mecanizado, projetado para
a obtenção de amostras de materiais
rochosos, contínuas e com formato
cilíndrico, através de ação perfurante dada
basicamente por forças de penetração e
rotação que, conjugadas, atuam com
poder cortante.
Sondagem Rotativa
O
•
•
•
•
•
•
equipamento para a realização
sondagens rotativas compõem-se:
Sonda;
Hastes de perfuração;
Barrilete (simples, duplo e giratório);
Ferramentas de corte (coroas);
Conjugado moto-bomba;
Revestimento.
de
A
execução da sondagem
seguintes passos:
possui
os
 Instalação da sonda rotativa (conjunto
motor-guincho-cabeçote
sobre
uma
plataforma ancorada no terreno);
 Acoplamento da composição hastebarrilete-coroa à sonda;
 Injeção de água no furo através das
hastes;
 Introdução nas hastes de movimentos
rotativos e de avanço na direção do furo.
Brocas diamantadas.
Amostras
A amostragem deverá ser contínua e
total, mesmo em materiais moles,
incoerentes ou muito fraturados.
Os testemunhos não deverão apresentarse
excessivamente
fraturados
ou
roletados pela ação mecânica do
equipamento de sondagem, exceto
quando
se
tratar
de
rochas
estratificadas ou xistosas.
Caixa de testemunho
Descrição dos testemunhos
•
Classificação
litológica
(formação
geológica, na mineralogia, textura);
•
Estado de alteração das rochas para fins
de engenharia (extremamente alterada,
muito alterada, medianamente alterada,
pouco alterada, sã).
•
Grau de fraturamento (número de
fragmentos
recuperados
em
cada
manobra pelo comprimento da manobra).
Critério de classificação da rocha
Rocha
Nº de fraturas/ metro
Ocasionalmente
fraturada
1
Pouco fraturada
1–5
Mediamente
fraturada
6 – 10
Muito fraturada
11 – 20
Extremamente
fraturada
20
Em fragmentos
Pedaços de diversos tamanhos
caoticamente dispersos.
Critério RQD
Para englobar uma só classificação nos critérios
de fraturação e estado de alteração, utiliza-se o
critério
designado
RQD
(Rock
Quality
Designation)
RQD 
dos comp.dos pedaçosint actos da amostrarecuperadacom tamanhosup . à 10 cm
Comprimento total do avançodo amostrador
Classificação pelo critério RQD
RQD
Qualidade do
maciço rochoso
< 0,25
Muito fraco
0,25 – 0,50
Fraco
0,50 – 0,75
Regular
0,75 – 0,90
Bom
> 0,90
Excelente
* Apenas em sondagens que utilizem barriletes duplos de diâmetro NX (75 mm) ou superior.
Sondagem CPT
Sondagem CPT
O ensaio consiste na cravação no solo, de
forma contínua ou incremental, a uma
velocidade padronizada de uma ponteira
também padronizada do tipo cone ou cone
atrito, medindo-se sua reação contínua ou
descontinuamente para se obter os
componentes de resistência de ponta e de
atrito lateral local.
Esquema do CPT
Equipamento CPT
Sondagem CPTU
Com adição de elementos capazes de medir
poropressão durante a penetração do
penetrômetro (associa o CPT e o
piezocone)
tem-se
a
sondagem
denominada CPTU.
No ensaio de dissipação pode-se obter o
coeficiente de adensamento do solo.
Sondagem CPTU
Medidas contínuas de resistência ao longo
da profundidade , associadas à extrema
sensibilidade observada na monitoração das
poropressões, possibilita a identificação
precisa das camadas de solos.
Penetrômetros do CPT
Penetrômetros para CPT (a) de Delft, (b) Begemann, (c) cone elétrico (FUGRO – tipo
subtração) e (d) piezocone (COPPE -UFRJ modelo 2), estando indicados: (1) luva de atrito, (2)
anel de vedação de solo, (3) idem, de água (4) célula de carga total, (5) idem, de ponta, (6)
idem, de atrito, (7) idem, de ponta (8) transdutor (medidor) de poro -pressão e (9) elemento
poroso.
Comparação SPT/CPT.
Os ensaios mais realizados no mundo.