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FUNDAÇÕES II
Universidade Comunitária da Região de Chapecó
P L 2,5 2,5
B
d
Mesa
5 , 2
b
d
ACEA – Área de Ciências Exatas e Ambientais PROF Dr. MAURO LEANDRO MENEGOTTO
PROF Msc. SILVIO EDMUNDO PILZ
CAPÍTULO I - ANÁLISE, PROJETO E EXECUÇÃO DE FUNDAÇÕES RASAS.
1.1 - INTRODUÇÃO As fundações rasas ou diretas são assim denominadas por se apoiarem sobre o solo a uma pequena profundidade, em relação ao solo circundante. De acordo com essa definição, uma fundação direta para um prédio com dois subsolos será considerada rasa, mesmo se apoiando a 7,0 m abaixo do nível da rua.
FUNDAÇÃO RASA D/B<1
D
B
Figura 1.1 – Fundação direta No presente capítulo serão apresentados os tipos de fundações rasas e seu dimensionamento em planta a partir de uma tensão admissível
adm
do solo de
apoio.
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Prof. Dr. Mauro L. Menegotto Engenharia Civil
Prof. Msc. Silvio E. Pilz ACEA
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CAPÍTULO I - ANÁLISE, PROJETO E EXECUÇÃO DE FUNDAÇÕES RASAS.
1.1 - INTRODUÇÃO As fundações rasas ou diretas são assim denominadas por se apoiarem sobre o solo a uma pequena profundidade, em relação ao solo circundante. De acordo com essa definição, uma fundação direta para um prédio com dois subsolos será considerada rasa, mesmo se apoiando a 7,0 m abaixo do nível da rua.
FUNDAÇÃO RASA D/B<1
D
B
Figura 1.1 – Fundação direta No presente capítulo serão apresentados os tipos de fundações rasas e seu dimensionamento em planta a partir de uma tensão admissível
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do solo de
apoio.
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1.2 - TIPOS DE FUNDAÇÕES RASAS OU DIRETAS blocos, sapatas e Do ponto de vista estrutural as fundações diretas dividem-se em blocos, radier. radier. 1.2.1 - Blocos de fundação São elementos de apoio construídos de concreto simples e caracterizados por uma altura relativamente grande, necessária para que trabalhem essencialmente à compressão. Normalmente, os blocos assumem a forma de um bloco escalonado, ou pedestal, ou de um tronco de cone (Fig. 1.2)
H
H
Figura 1.2 – Blocos de fundação Os blocos em tronco de cone, ainda que não reconhecidos como tais, são muito usados, constituindo-se na realidade em tubulões a céu aberto curtos. A altura H de um bloco é calculada de tal forma que as tensões de tração atuantes no concreto, possam ser absorvidas pelo mesmo, sem necessidade de armar o piso da base. Neste Neste sentido sentido se utiliza um ângulo
adequado, para que que as tensões de de tração tração
na base do bloco possam ser suportadas pelo concreto.
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1.2.2 - Sapatas de fundação As sapatas são elementos de apoio de concreto armado, de menor altura que os blocos, que resistem principalmente por flexão, necessitando assim de armadura na sua base, pois que as tensões de tração são superiores as que o concreto pode suportar. As sapatas podem assumir praticamente qualquer forma em planta (Fig. 1.3), sendo as mais freqüentes as sapatas quadradas (B=L), regulares (L>B) e corridas (L>>B). Para efeito de cálculos geotécnicos, considera-se como retangular uma sapata em que L 5B e corrida sempre que L > 5B.
Figura 1.3 – Sapatas retangular, quadrada e corrida
C.C. C.C.
Figura 1.4 – Sapatas associada e associada de divisa
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Além dos tipos fundamentais acima, deve-se também reconhecer as sapatas associadas, as quais são empregadas nos casos em que, devido à proximidade dos pilares, não é possível projetar-se uma sapata isolada para cada pilar. Nestes casos, uma única sapata serve de fundação para dois ou mais pilares (Fig.1.4). Muitas vezes as sapatas de divisa necessitarão de um elemento estrutural complementar para que possam suportar adequadamente as cargas impostas. Este elemento é a viga de equilíbrio (ou viga alavanca) que liga a sapata de divisa a um a outra sapata próxima (fig. 1.5)
A S I V I D
e
L
viga de equlíbrio
B
Figura 1.5 – Sapatas de divisa ligada com outra sapata através de uma viga de equilíbrio Uma vista em corte pode ser vista na figura 1.6, bem como o esquema estrutural básico de uma sapata de divisa com uma viga de equilíbrio.
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PA
PB
A S I V I D
RA
RB
PA
PB
RB
RA
Figura 1.6 – Sapatas de divisa vista em corte com o esquema estático.
1.2.3 - Fundação em radier Quando todos os pilares de uma estrutura transmitir as cargas ao solo através de uma única sapata, tem-se o que se denomina de uma fundação em radier (Fig. 1.7). Dadas as suas proporções, envolvendo grandes volumes de concreto armado, o radier é uma solução normalmente mais onerosa e de difícil execução em terrenos urbanos confinados, ocorrendo por isso com pouca freqüência. Porém, em certas soluções de projetos, é uma alternativa interessante, e quando devidamente projetado poderá se tornar uma solução técnica e econômica interessante (fig. 1.8)
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Superestrutura
P1
P2
P3
RADIER
Tensões no solo Reação do solo
Figura 1.7 – Radier - funcionamento
Figura 1.8 – Radier concretado O radier pode ser protendido, para diminuir a espessura do concreto ou os esforços de tração no concreto, sendo muito utilizado (fig. 1.9).
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Figura 1.9 – Radier com cabos de protensão 1.3 - CONTROLE DE EXECUÇÃO DE SAPATAS O controle de execução de sapatas consiste essencialmente em fazer com que as sapatas sejam apoiadas sobre o solo previsto em projeto. Também deve ser efetuada a locação correta das sapatas, devendo ser utilizado o projeto de locação de pilares, na qual conste as dimensões em planta das sapatas, como, por exemplo, na figura 1.10 e 1.11 abaixo:
Figura 1.10 – Locação de pilares com sapatas FUNDAÇÕES II UNOCHAPECÓ
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Figura 1.11 – Detalhe locação da sapata Nas escavações, é sempre conveniente que a escavação das sapatas se inicie nas imediações de uma sondagem, para permitir a comparação “in loco” do previsto com o real. Nesta fase inicial se esclarecerá também eventual variabilidade nas características do solo de apoio, visando estabelecer níveis que permitam o escalonamento entre sapatas apoiadas em cotas diferentes. No caso de sapatas apoiadas em solo, o escalonamento será feito conforme Figura 1.12.
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Figura 1.12 – Sapatas escalonadas A sapata situada no nível inferior deve ser executada antes da sapata situada em nível superior. Porém deve se ter cuidado, para que a distribuição de tensões da sapata ao solo (bulbo de tensões) não fique muito próximo de talude. Deve ainda se respeitar em sapatas assentes em cotas diferentes um ângulo mínimo de 30o (rochas) e 60º nos demais solos (fig. 1.12), para que os bulbos de tensões não interfiram um no outro, sendo este ângulo é uma medida aproximada, para uma análise inicial devendo o valor exato ser calculado em função das características do solo. Durante a escavação das sapatas deve ser dada atenção à segurança dos funcionários, para que não ocorrem desmoronamentos de taludes durante a escavação, se a mesma tiver profundidade razoável. Se necessário devem ser tomadas medidas de contenção do solo para escavação segura (fig. 1.13).
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Figura 1.13 – Risco de queda de talude e medidas de contenção do solo Cuidado especial deve ser dado às edificações vizinhas, para que não se afetem as fundações existentes. Em caso de risco às fundações vizinhas existentes, normalmente se executam as contenções e medidas necessárias para restabelecer as condições de segurança das fundações vizinhas antes de se iniciar as fundações da obra nova. Escavando-se as cavas de cada sapata, estas serão inspecionadas uma a uma, sendo conveniente o emprego de um “penetrômetro” (barra de aço de
12.5mm)
para testar uniformidade do solo de apoio. Atingida a profundidade prevista e no caso do terreno não atingir a resistência compatível com a exigida em projeto, a critério da fiscalização, deve se consultar o autor do projeto, a escavação pode ser aprofundada até a ocorrência de um material adequado. Na inspeção, se dará especial atenção à eventual ocorrência de poços, fossas, ou buracos de formigueiros, a exigir um tratamento adequado. Poços e fossas deverão ser limpos e preenchidos com concreto magro. Alternativamente poderão ser injetados com calda de cimento, ou uma mistura ternária adequada (solo + cimento + água). No caso de sapatas assentes em rocha, deverá ser verificada a continuidade da mesma e a sua inclinação, para evitar que a sapata “deslize” sobre a rocha (fig. 1.14).
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Figura 1.14 – Preparação da rocha para receber sapata Aprovado o solo de apoio, a sapata será limpa para receber o lastro de concreto magro (fig. 1.16), não sendo aceitável um lastro de pedra britada (fig. 1.15), pois pode ocorre fuga de nata de concreto junto às armaduras.
Figura 1.15 – Lastro de brita – não aceitável
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Figura 1.16 – Lastro de concreto magro – ideal. Forma lateral da sapata em tijolo. O lastro de concreto deve ter de 5 a 10 cm e ajuda a distribuir os esforços da sapata, além de propiciar uma qualidade na execução e deve ter uma área levemente superior à da sapata. É usual se efetuar uma forma para as laterais das sapatas, sendo que estas formas podem servir de gabarito para a colocação das esperas dos pilares (fig. 1.17).
Figura 1.17 – Forma lateral em madeira, servindo de gabarito.
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Posicionado a ferragem da sapata e do pilar (fig. .18), a sapata poderá então ser concretada (fig. 1.19).
Figura 1.18 e 1.19 – Sapata com esperas do pilar e sapata concretada, com arranque de pilar No caso de sapatas corridas (aquelas em que o comprimento é maior que a largura) os procedimentos são idênticos (fig. 1.20).
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Figura 1.20 – Sapata corrida sob parede de alvenaria Da mesma forma, escava-se até o solo previsto, faz-se o lastro de concreto e posiciona-se a ferragem da sapata. Neste caso não há a ferragem de espera dos pilares (fig. 1.21).
Figura 1.21 – Sapata corrida com o lastro e ferragem preparada
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E após faz-se a concretagem, sempre lembrando de que todo concreto deve ter a cura adequada (fig. 1.22).
Figura 1.22 – Sapata corrida concretada e a cura
1.4 - DIMENSIONAMENTO DE FUNDAÇÕES DIRETAS O dimensionamento geométrico de fundações diretas e seu posicionamento em planta é a primeira etapa de um projeto, a ser feito para uma tensão admissível
também
p
adm
(ou
) previamente estimada.
As dimensões das superfícies em contato com o solo não são escolhidas arbitrariamente, mas sim através de dimensionamento estrutural econômico. No caso particular de um radier para um edifício, será fundamental a participação do engenheiro estrutural, a fim de se conseguir proporções adequadas tanto sob o ponto de vista de fundação como do estrutural.
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1.4.1 - Sapatas isoladas Considere-se o pilar retangular da figura 1.13, de dimensões l x b e carga P . A área
A = P/
necessária da sapata será:
adm
=B.L
L
d
Dimensionamento: Através das duas equações podemos determinar os lados L e B
2,5 2,5
B
b
d
A = P/
adm
=B.L
L – B = l – b
Figura 1.13 – Sapata isolada
A região em que o pilar tem contato com a sapata chamamos de mesa. Muitas vezes, para facilitar a colocação das fôrmas para a concretagem do pilar, as dimensões da mesa são ligeiramente superiores a do pilar (por exemplo 2,5 cm). O dimensionamento econômico será aquele que conduz a momentos aproximadamente iguais nas duas abas, em relação à mesa da sapata. Para tanto, os balanços d deverão ser aproximadamente iguais nas duas direções, ou seja: B = b + 2d + 5cm;
L = l + 2d + 5cm
(considerando folga de 2,5 cm na mesa )
Resolvendo-se simultaneamente obtêm-se as dimensões procuradas, que são normalmente arredondadas para variar de 5 em 5 cm.
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Exemplo: Dados Pilar com 110 x 25 cm e carga P = 3800 kN e Resolução A = 3800 kN / 350 kN/m2
l – b = 110 – 25 = 85 cm
adm
= 350 kN/m2
A = 10,86 m2 = B . L
L = 3,75 m e B = 2,90 m
No caso de pilares de edifícios, a dimensão mínima é da ordem de 80 cm. Para sapatas corridas, adota-se um mínimo de 60 cm de largura. Para residências é usual uma sapata com uma dimensão mínima de 60 cm.
No caso de pilares em L, a sapata será centrada no centro de gravidade do pilar, sendo que os balanços iguais serão procurados em relação à mesa retangular do topo da sapata (Fig 1.24). Nesta figura são mostrados outros exemplos de sapatas para pilares não retangulares.
c.g
c.g
Figura 1.24 – Sapatas para pilar em L.
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