FUNDAÇÃO PRESIDENTE ANTÔNIO CARLOS
FACULDADE PRESIDENTE ANTÔNIO CARLOS DE TEÓFILO OTONI CURSO: ENGENHARIA CIVIL
MARLON GONÇALVES SARY ELDIN
ANÁLISE COMPARATIVA DOS PRINCIPAIS TIPOS DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS DE ACORDO COM OS PERFIS DE SONDAGEM SPT
TEÓFILO OTONI-MG
2019
MARLON GONÇALVES SARY ELDIN
ANALISE COMPARATIVA DOS PRINCIPAIS TIPOS DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS DE ACORDO COM OS PERFIS DE SONDAGEM SPT
Artigo apresentado à Faculdade Presidente Antônio Carlos de Teófilo Otoni, como requisito parcial para obtenção do título de bacharel em Engenheiro Civil pelo aluno Marlon Gonçalves Sary Eldin, orientado pelo Professor Hamilton Costa Júnior.
Aprovado em __/__/__
BANCA EXAMINADORA
Prof. Orientador MSc. Hamilton Costa Júnior Faculdade Presidente Antônio Carlos de Teófilo Otoni
Prof. Danilo Carvalho Miranda
Faculdade Presidente Antônio Carlos de Teófilo Otoni
Prof. Guilherme Taroni Lauar
Faculdade Presidente Antônio Carlos de Teófilo Otoni
RESUMO
Este trabalho apresenta uma análise comparativa dos principais tipos de fundações profundas presentes na norma brasileira 6122/2010. O estudo analisa dois cenários distintos a partir da aplicação de boletins de sondagem no solo, a fim de demonstrar a escolha do tipo de fundação profunda para o projeto modelo criado, levando em consideração alguns parâmetros, sendo eles, as características do solo, a capacidade de carga a ser suportada pela fundação, a capacidade de carga das estacas em questão, o impacto nas fundações vizinhas e as premissas executivas e temporais, destacando a viabilidade econômica e técnica.
Palavras-chave: Fundações profundas; Sondagem de solo; Capacidade de carga de fundações.
ABSTRACT
This paper presents a comparative analysis of the main types of deep foundations present in the Brazilian standard 6122/2010. The study analyzes two distinct scenarios from the application of soil drill bulletins in order to demonstrate the choice of deep foundation type for the model project created, taking into consideration some parameters, namely, soil characteristics, capacity load to be supported by the foundation, the load capacity of the piles in question, the impact on neighboring foundations and the executive and temporal assumptions, highlighting the economic and technical feasibility.
Keywords: Deep foundations; Soil survey; Foundation load capacity.
1. INTRODUÇÃO
As fundações são de suma importância na construção civil, exercendo uma das funções fundamentais do conjunto estrutural, são indispensáveis em todas as construções de engenharia, desde pequenos sobrados às grandes edificações.
Basicamente, as fundações são elementos estruturais destinados a transmitir as cargas da estrutura para as camadas mais resistentes do solo (subsolo), mantendo a estabilidade e a conservação dos mesmos.
As fundações se dividem em duas categorias, as diretas ou superficiais e as indiretas ou profundas, que se diferenciam pelo modo como é realizada a transferência de cargas da estrutura para o solo.
Segundo Alonso (1989, p.01) as fundações rasas são as que se apoiam logo abaixo da infraestrutura e se caracterizam pela transmissão da carga ao solo através das pressões distribuídas sob sua base.
De acordo com a NBR 6122/2010, a fundação indireta ou profunda é o elemento que transmite às cargas vindas de uma edificação as camadas resistentes do solo (subsolo) pela base (resistência de ponta), por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas.
Esse tipo de fundação deve ser assentado em profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão em planta, e no mínimo 3 m, salvo justificativa. As fundações profundas se dividem em estacas, tubulões e caixões.
Com o desenvolvimento da construção civil, é aconselhada a execução de sondagens no solo, pois é um método mais eficaz e viável, que tem a função de reconhecer o subsolo e escolher a fundação mais adequada.
1.1 OBJETIVOS GERAIS
Analisar e comparar os principais tipos de fundação profunda para cada boletim de sondagem no solo estudado, considerando as cargas a serem suportadas pelas fundações e capacidade de carga das estacas dimensionadas. As fundações profundas que serão analisadas são: Estacas pré-moldadas de concreto ou metálicas; Estaca hélice continua; Estaca tipo Strauss;
Estaca tipo Franki; Estaca raiz.
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1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Elaborar projeto arquitetônico de uma residência com dois pavimentos, utilizando o software AUTO CAD versão 2017;
Identificar as cargas atuantes nos pilares;
Determinar os tipos de solo em suas respectivas profundidades de ocorrência; a posição do nível d´água e os índices de resistência à penetração (N) a cada metro;
Propor o tipo de fundação mais adequada para cada caso apresentado.
2. REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 NORMAS UTILIZADAS
Com o desenvolvimento de novas tecnologias, houve vários avanços na construção civil, modernizando cada vez mais a nossa engenharia. Foram desenvolvidos vários estudos sobre as fundações, adequando-os a cada tipo de solo descoberto, novas ideias e teorias foram surgindo, agregando ainda mais valor a esses estudos.
A partir disso foram criadas as normas, que são à base do entendimento sobre as fundações. Algumas normas são de extrema importância para que esse entendimento seja alcançado:
ABNT NBR 6118/2004 - Projeto de estruturas de concreto – Procedimento;
ABNT NBR 6122/2010 - Projeto e execução de fundações;
ABNT NBR 6484/2001 - Execução de sondagens de simples reconhecimento dos solos - Método de ensaio.
2.2 TIPOS DE FUNDAÇÕES INDIRETAS
A construção civil vem se modernizando cada vez mais, com isso os métodos de execução das fundações foram se tornando mais ágeis nos seus respectivos objetivos.
Fundações indiretas são aquelas que transferem as cargas por efeito de atrito lateral do elemento com o solo e por efeito de ponta (FABIANI, s.d.). As fundações indiretas são todas profundas, devido às dimensões das peças estruturais (BRITO, 1987).
2.2.1 ESTACAS PRÉ-MOLDADAS
São peças estruturais do tipo barra, que são caracterizadas por serem cravadas no solo, podendo-se executar os seguintes métodos:
Podem ser fabricadas com diversos materiais, sendo as estacas metálicas e de concreto as mais usuais. (HACHICH, 1998).
2.2.1.1 DE CONCRETO
As estacas pré-moldadas de concreto são encontradas no mercado com diferentes formatos geométricos, sejam eles com seção transversal quadrada, hexagonal, octogonal ou circular, representadas na figura 1.
Figura 1: Seções transversais das estacas pré-moldadas de concreto.
Fonte: http://www.interestruturas.com.br/artigo/estacas-pre-fabricadas-de-concreto (2017).
São mais usuais que as moldadas in loco, possuindo vantagens importantes sobre as mesmas, pois são de uma fácil fiscalização na obra, ainda mais em terrenos inconsistentes ou onde haja uma corrente de água subterrânea.
Normalmente são pré-fabricadas em empresas especializadas, já vem com suas funcionalidades bem definidas, ou no próprio canteiro de obras, sempre num processo sob um rigoroso controle (BRITO 1987).
2.2.1.2 METÁLICAS
As estacas metálicas são encontradas principalmente na forma de perfis laminados ou soldados, sendo de seção I e H, representadas na figura 2, também sendo em forma de trilhos e tubular, representados na Figura 4. A principal vantagem na utilização desse tipo de estaca é que não tem tanta restrição quanto ao solo, sendo assim podem ser executadas em quase todos os tipos de terreno, permitem uma fácil cravação e suportam a grandes solicitações de cargas.
Figura 2: Tipos de peças das estacas metálicas.
Fonte: http://www.fundacoesgeobrasil.com.br/servicosmet.html (2016).
Além disso, essas estacas suportam bem à flexão, e pode ser feito o seu reaproveitamento em casos de obras provisórias. Deve se haver muito cuidado na execução, devido à corrosão do material metálico.
2.2.2 ESTACAS HÉLICE CONTÍNUA
São estacas de concreto moldadas in loco escavadas mecanicamente, executadas por um equipamento que é introduzido no terreno por meio da rotação, de um trado helicoidal continuo.
A haste central desse trado executa a injeção do concreto e simultaneamente retira o solo conforme se realiza a escavação (Figura 3). Logo após a concretagem da estaca deve ser colocada a armadura.
Figura 3: Execução do método de hélice continua.
Fonte: https://www.totalconstrucao.com.br/estaca-helice-continua/ (2019).
Esse método proporciona uma boa produtividade e, para que seja mais ágil, é recomendável que se tenha uma central de concreto próximo do local de escavação. Além disso, é necessário que a área de trabalho deva ser plana e de fácil movimentação.
Com relação à utilização em determinados solos, as estacas de hélice continua podem ser executadas na grande maioria dos terrenos, exceto em solos que haja a presença de rochas e matacões.
2.2.3 ESTACAS RAIZ
São estacas de pequeno diâmetro moldada in loco, na qual a perfuração pode ser realizada por meio da rotação ou roto percussão, podendo ser executada na direção inclinada, resistindo aos esforços horizontais.
Esse método é indicado para todo tipo de fundação e especialmente para fundações de equipamentos industriais ou grande porte que possam gerar vibrações. Podendo ser executado em terrenos de qualquer natureza, ainda mais se o solo for composto de rochas e matacões.
Figura 4: Sequência executiva de estaca raiz.
Fonte: http://www.fundacoesgeobrasil.com.br/servicosraiz.html (2016).
Após a perfuração, é colocada uma armadura ao longo da estaca, simultaneamente é concretado à medida que o tubo de perfuração é retirado (Figura 4). É utilizada uma argamassa, que é composta de areia peneirada e cimento, acrescentada de aditivos adequados para cada caso (BRITO, 1987).
2.2.4 ESTACAS FRANKI
São estacas de concreto armado moldadas in loco, composta por um tubo de aço cuja ponta é fechada por uma bucha bastante comprimida com concreto seco, areia e brita. Para executar a cravação da estaca, são deferidos golpes de um pilão na bucha, arrastando o tubo e impedindo a entrada de agua ou solo. Realizada a cravação, executasse o alargamento da base, a armação e, logo após, a concretagem (Figura 5).
Esse tipo de estaca apresenta uma grande capacidade de carga e podendo ser executada a grandes profundidades, o nível do lençol freático não atrapalha na sua execução. Os maiores empecilhos são à vibração do solo durante a execução, área necessária ao bate-estaca e a possível alteração do concreto do fuste, por deficiência do controle. A sua execução deve ser realizada sempre por empresas especializadas (BRITO, 1987).
Figura 5: Etapas de execução da estaca franki.
Fonte: https://construcaociviltips.blogspot.com/2011/07/estacas-franki.html (2011).
2.2.5 ESTACAS STRAUSS
São estacas de concreto simples ou armado, moldadas in loco, executada por meio de escavação, utilizando-se uma sonda, popularmente conhecida como piteira, ao mesmo tempo é introduzido um revestimento metálico recuperável.
Assim que há a concretagem é retirado gradativamente o revestimento de acordo com o apiloamento do concreto, esse revestimento garante as condições de estabilidade da perfuração e que não ocorra a mistura do concreto com o solo ou estrangulamento do fuste da estaca.
Figura 6: Representação do método de estaca Strauss.
Fonte: http://www.forumdaconstrucao.com.br/conteudo.php?a=9&Cod=126 (2012).
3. METODOLOGIA
Este trabalho pode ser classificado com qualitativo, devido à abordagem de um estudo de caso, com isso foi criado um projeto estrutural modelo para definir as cargas atuantes nos pilares e também calcular as cargas das fundações pelo método de Décourt Quaresma, sendo dividido em dois períodos.
No primeiro período foram calculadas as cargas da estrutura que devem ser suportadas pelas fundações em estacas e realizou-se a verificação da viabilidade técnica no solo, para confirmar quais tipos de fundações profundas poderiam ser utilizadas para cada tipo de boletim de sondagem no solo.
No segundo período foi realizada a análise de viabilidade técnica de cada tipo de fundação profunda com os resultados encontrados com o estudo, sendo realizada a escolha da fundação tecnicamente viável apresentando conclusões e resultados diferentes para cada cenário.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 PROJETO ARQUITETÔNICO
Para encontrarmos os melhores resultados, foi elaborado um projeto arquitetônico de uma residência unifamiliar, classificado como sobrado devido ao pavimento térreo e o pavimento superior, que mede 85m² de área construída, conforme apresentado na Figura 7.
Figura 7: Planta de edificação do térreo e 1° pavimento
Fonte: Autoria Própria.
1
SEM ESCALA SEM ESCALA
4.2 CAPACIDADE DE CARGA DOS PILARES
Para realizar o pré-dimensionamento dos pilares, foi adotada a dimensão de 15x30cm, devido a grande utilização dessas dimensões no mercado. De acordo com a NBR 6118/2014 devem-se aplicar coeficientes de majoração adicionais para pilares com a menor dimensão inferior a 19 cm, sendo utilizado neste caso 1,20 (não tem unidade de medida).
Para determinação da carga foi utilizado à área de influência de cada um dos pilares, uma forma aproximada é considerar sempre a metade da distância entre eixos e foi estimado um carregamento do pavimento superior em 12 kn/m², devido a suas sobrecargas, peso próprio e utilização do mesmo.
Figura 8: Locação dos pilares.
Fonte: Autoria própria.
Posteriormente, foram identificados todos os pilares de acordo com a sua posição (intermediário, extremidade e canto), para que a carga atuante possa ser corrigida por um fator de acordo com a posição dos mesmos.
Tabela 1: Capacidade de carga dos pilares.
Pilar Posição Dimensão
(cm)
Área Influência
(m²)
Carga Pavimento
S uperior (kn/m²)
NK (kn) Fator
Posição Majoração ND (kn)
P1 CANTO 15x30 1,96 12 47,04 1,8 1,4 118,54
P2 EXT 15x30 3,19 12 76,56 1,6 1,4 171,49
P3 CANTO 15x30 3,19 12 76,56 1,8 1,4 192,93
P4 EXT 15x30 3,69 12 88,56 1,6 1,4 198,37
P5 INT 15x30 9,85 12 236,4 1,3 1,4 430,25
P6 EXT 15x30 6,09 12 146,16 1,6 1,4 327,40
P7 EXT 15x30 4,13 12 99,12 1,6 1,4 222,03
P8 EXT 15x30 4,94 12 118,56 1,6 1,4 265,57
P9 EXT 15x30 4,91 12 117,84 1,6 1,4 263,96
P10 INT 15x30 10,21 12 245,04 1,3 1,4 445,97
P11 EXT 15x30 5,2 12 124,8 1,6 1,4 279,55
P12 EXT 15x30 5,15 12 123,6 1,6 1,4 276,86
P13 INT 15x30 10,06 12 241,44 1,3 1,4 439,42
P14 EXT 15x30 5,29 12 126,96 1,6 1,4 284,39
P15 EXT 15x30 6,11 12 146,64 1,6 1,4 328,47
P16 INT 15x30 8,47 12 203,28 1,3 1,4 369,97
P17 CANTO 15x30 2,61 12 62,64 1,8 1,4 157,85
P18 CANTO 15x30 3,47 12 83,28 1,8 1,4 209,87
P19 CANTO 15x30 3,47 12 83,28 1,8 1,4 209,87
CAPACIDADE DE CARGA DOS PILARES
Fonte: Autoria própria.
O cálculo da capacidade de carga em estacas pelo método de Décourt Quaresma baseia-se nas resistências lateral e de ponta da estaca. Sendo QL a resistência lateral, QP a resistência de ponta e N o valor médio dos NSPT ao longo do fuste.
4.3 PRIMEIRO CENÁRIO
Dados de obra 1:
Terreno plano;
Fundações vizinhas em estado precário;
Obras com cargas de 100 KN a 500 KN;
Canteiro de obras de pequenas dimensões;
Figura 9: Boletim de Sondagem utilizado como exemplo para o primeiro cenário.
Fonte: Autoria própria.
O boletim de sondagem do caso 1 apresenta um solo com boa resistência e o nível de lençol de agua baixo. A fundação que atende todas as condições técnicas da obra e do terreno é a do tipo Strauss, essa estaca abrange a faixa de carga solicitada na obra; não provoca vibrações no solo, evitando assim danos às fundações vizinhas, que se encontra em estado precário; além de não necessitar de uma grande área para a sua execução.
Pelo método de Décourt Quaresma é possível calcular a capacidade de carga de uma estaca, começando pela área lateral que é calculada com base no comprimento efetivo e a área de ponta que é determinada pelo raio da ponta da estaca. Nesse cenário adotado, para se obter a resistência final da estaca se utiliza parâmetros que dependem do tipo de estaca e do solo. Foram adotados valores para as estacas escavadas em geral e o solo argiloso, resultando em α igual a 0,85, β igual a 0,80 e K igual a 12 tf/m², obtendo-se os resultados apresentados na Tabela 2.
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Tabela 2: Capacidade de carga de uma estaca.
AL (m²) C (m) N QL (tf) Ap (m²) Np Qp (tf) Q (tf) Q (kn)
6,03 6,00 12 30,14 0,08 19 18,33 22,44 220,11
CAPACIDADE DE CARGA DE UMA ESTACA
Fonte: Autoria própria.
A partir do cálculo da capacidade de carga de uma estaca, para os pilares P1, P2, P3, P4, P17, recomenda-se a execução de 1 (uma) estaca Strauss Ø 32 centímetros, com a ponta na cota de 6,00 metros.
Para os pilares P6, P7, P8, P9, P11, P14, P15, P16, P18, P19, recomenda-se a execução de 2 (duas) estacas Strauss Ø 32 centímetros para 200 KN, com a ponta na cota de 6,00 metros.
Para os pilares P5, P10, P13, recomenda-se a execução de 3 (três) estacas Strauss Ø 32 centímetros, com a ponta na cota de 6,00 metros.
4.4 SEGUNDO CENÁRIO
Dados de obra 2:
Terreno plano;
Fundações vizinhas em bom estado;
Obras com cargas de 100 KN a 500 KN;
Canteiro de obras de pequenas dimensões;
Figura 10: Boletim de Sondagem utilizado como exemplo para o segundo cenário.
Fonte: Autoria Própria
O boletim de sondagem do caso 2 apresenta um solo com grande índice de coesão, ou seja, se movimenta facilmente e o nível de lençol de agua baixo. A fundação profunda que atende todas as condições técnicas da obra e do terreno é a do tipo pré-moldada de concreto, essa estaca abrange a faixa de carga solicitada na obra; causam vibrações no solo, mas não causam danos as fundações vizinhas por estarem em bom estado; além de não necessitar de uma grande área para sua execução. São muito utilizadas em terrenos inconsistentes com grande presença de areia.
No segundo cenário para se chegar à resistência final d
a estaca, o tipo de estaca adotado foi à escavada em geral e solo silte arenoso, com isso os parâmetros resultaram em α igual a 0,85, β igual a 0,80 e K igual a 25 tf/m², obtendo-se os resultados apresentados na Tabela 3.
Tabela 3: Capacidade de carga de uma estaca.
AL (m²) C (m) N QL (tf) Ap (m²) Np Qp (tf) Q (tf) Q (kn)
5,65 6,00 7,5 19,78 0,07 4,33 7,65 13,80 135,33
CAPACIDADE DE CARGA DE UMA ESTACA
Fonte: Autoria própria.
A partir do cálculo da capacidade de carga de uma estaca, para os pilares P1, P2, P3, P4, P7, P8, P9, P17, P18, P19, recomenda-se a execução de 2 (duas) estaca pré-moldada de concreto Ø 30 centímetros, com a ponta na cota de 6,00 metros.
Para os pilares P6, P11, P12, P14, P15, P16, recomenda-se a execução de 3 (três) estacas pré-moldada de concreto Ø 30 centímetros, com a ponta na cota de 6,00 metros.
Para os pilares P5, P10, P13, recomenda-se a execução de 4 (quatro) estacas pré-moldada de concreto Ø 30 centímetros, com a ponta na cota de 6,00 metros.
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Este trabalho propôs a escolha da melhor fundação profunda para um projeto modelo em dois casos com diferentes boletins de sondagem no solo, com escolha baseada na fundação que atenda todas as condições técnicas da obra, sem afetar a integridade das fundações vizinhas.
No primeiro cenário, é apresentado um solo com grande presença de silte argiloso e argila rija, com boa resistência e o nível de lençol de água baixo. A fundação escolhida foi a do tipo Strauss, pois atende a todas as condições técnicas da obra e não geram grandes vibrações as fundações vizinhas, que estão em estados precários.
No segundo cenário, é apresentado um solo com grande presença de areia, que se mostra inconsistente e com o nível de lençol de água baixo. A fundação escolhida foi a do tipo pré- moldada de concreto, essa estaca atende todas as condições técnicas da obra, mesmo gerando grandes vibrações.
Os cenários apresentados nos mostram alguns pontos distintos nos dados da obra, na composição e resistência do solo, no estado das fundações vizinhas a obra, no tipo de fundação escolhida e no método de execução das mesmas.
Após a análise de cada cenário, é nítida a importância do boletim de sondagem no solo, pois o mesmo define o tipo de solo, auxiliando na escolha da melhor fundação a ser executada.
Neste sentido, é sempre aconselhável à união entre todos os projetos, pois mudanças de ultima hora podem causar transtornos futuros e irreparáveis, mas a partir da compatibilização principalmente entre o estrutural e o de fundações obtêm-se uma obra mais segura e confiável.
6. REFERÊNCIAS
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ALONSO, Urbano Rodriguez. Dimensionamento de fundações profundas. Editora Blucher, 2012.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto - Procedimento. Rio de Janeiro, 2014.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6122: Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro, 2010.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6484: Execução de sondagens de simples reconhecimento dos solos - Método de ensaio. Rio de Janeiro, 2010.
BRITO, José Luis Wey de. Fundações do edifício. São Paulo, EPUSP, 1987.
Construção Civil. Estacas Raiz, Julho/2011. Disponível em:
https://construcaociviltips.blogspot.com/2011/07/estacas-franki.html. Acesso em 16 de outubro de 2019;
Fórum da Construção. Tipos de solo e investigação do subsolo: entenda o ensaio a percussão e seu famoso índice SPT, Outubro/2012. Disponível em:
http://www.forumdaconstrucao.com.br/conteudo.php?a=9&Cod=126. Acesso em 16 de outubro de 2019;
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Fundações Geo Brasil. ESTACAS RAIZ, Junho/2016. Disponível em:
http://www.fundacoesgeobrasil.com.br/servicosraiz.html. Acesso em 16 de outubro de 2019;
HACHICH, W.; FALCONI, F.F.; SAES, J.L.; FROTA, R.G.Q.; CARVALHO, C.S.; NIYAMA, S. (Org.). Fundações: teoria e prática. 2. ed. São Paulo: Pini, 1998a . p. 361-372.
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RESENDE, Rafael Junior; MARTINS, Marlucio. Estudo Comparativo de viabilidade dos principais tipos de fundações profundas. Pensar Engenharia, Belo Horizonte, v. 6, p. 23, 2014.
TEIXEIRA, A. H. Projeto e execução de fundações. Seminário de Engenharia de Fundações Especiais e Geotecnia, v. 3, p. 33-50, 1996.
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