UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ENGENHARIA CIVIL
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
BRUNA TEIXEIRA DE FREITAS RODRIGO DA SILVA BARBOSA
PROJETO GEOTÉCNICO DE FUNDAÇÃO PREDIAL EM ESTACA
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
CURITIBA 2017
BRUNA TEIXEIRA DE FREITAS RODRIGO DA SILVA BARBOSA
PROJETO GEOTÉCNICO DE FUNDAÇÃO PREDIAL EM ESTACA
Trabalho de Conclusão de Curso de graduação, do
Curso Superior de Engenharia Civil do
Departamento Acadêmico de Construção Civil – DACOC – da Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel.
Orientador: Prof. José Luiz G. Brandi
CURITIBA 2017
Ministério da Educação
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
CampusCuritiba–SedeEcoville
Departamento Acadêmico de Construção Civil Curso de Engenharia Civil
FOLHA
DE APROVAÇÃO
PROJETO
GEOTÉCNICO DE FUNDAÇÃO PREDIAL EM ESTACA
Por
BRUNA
TEIXEIRA DE FREITAS
RODRIGO
DA SILVA BARBOSA
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, defendido no primeiro semestre de 2017 e aprovado pela seguinte banca de avaliação:
_______________________________________________ Orientador – José Luiz Gonçalves Brandi, MSc.
UTFPR
_______________________________________________ Amanda Dalla Rosa Johann, Dra.
UTFPR
_______________________________________________ Prof. Ronaldo Luis dos Santos Izzo, Dr.
UTFPR
________________________________________________ Prof. Amacin Rodrigues Moreira, MSc.
UTFPR
OBS.: O documento assinado encontra-se em posse da coordenação do curso. UTFPR - Deputado Heitor de Alencar Furtado, 5000 - Curitiba - PR Brasil - CEP 81280-340
RESUMO
FREITAS, Bruna T. de; BARBOSA, Rodrigo da S. Projeto Geotécnico de Fundação Predial em Estaca. 2017. 77 f. Trabalho de conclusão de curso – Bacharelado em Engenharia Civil, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2017.
O presente trabalho visa executar um projeto geotécnico de fundação predial em estacas, a partir da análise de um conjunto mínimo de documentos, tais como relatórios de investigação geotécnica, planta de carga e relatórios adicionais. A elaboração dos cálculos se deu através dos métodos semi-empíricos reconhecidamente confiáveis de Aoki-Velloso e Décourt-Quaresma para a determinação da carga de ruptura, ambos os métodos tiveram seus resultados confrontados e fez-se a escolha, visando a segurança do dimensionamento, pelo método de Aoki-Velloso. Com o modelo adotado, em conjunto com o conhecimento teórico e os parâmetros normatizados, realizou-se os cálculos necessários para um dimensionamento adequado que resultou na concepção de um projeto geotécnico para um solo argilo siltoso.
ABSTRACT
FREITAS, Bruna T. de; BARBOSA, Rodrigo da S. Geotechnical Design of building foundation in stakes. 2017. 77 f. Trabalho de conclusão de curso – Bacharelado em Engenharia Civil, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2017.
The present study intends to execute a geotechnical project of building foundation in stakes from a set of document analysis, such as reports of geotechnical investigation, load plan and additional reports. Aoki-Velloso and Décourt-Quaresma are empirical methods known to be trusted and were used to calculate the breaking load determination. Both methods had had their results faced each other to know the most appropriate one to use and the choice was made, for a safety of design, by the method of Aoki-Velloso. Associating the adopted model with theoretical knowledge and normalized parameters, the necessary calculations were made for an adequate dimensioning. However, it resulted in the design of a geotechnical project.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Equipamento para ensaio SPT 18
Figura 2 - Modelo de relatório de SPT 20
Figura 3 - Modelo de relatório sondagem mista 22
Figura 4 - Equipamento para ensaio CPTU 24
Figura 5 - Modelo de relatório CPTU 24
Figura 6 - Fundações superficial e profunda 26
Figura 7 - Fundações do tipo superficiais 28
Figura 8 - Fundações do tipo profundas 31
Figura 9 - Parcelas de resistência de constituem a capacidade de carga 33
Figura 10 - Metodologia para elaboração de um projeto geotécnico de fundação 41
Figura 11 - Esquema do equilíbrio de forças utilizado 45
Figura 12 - Croqui com a locação dos furos para sondagem do terreno 61
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Fatores de correção F1 e F2 atualizados (adaptados de Aoki e Velloso, 1975) 35 Quadro 2 - Coeficiente K e razão de atrito ( Aoki e Velloso, 1975) 36α Quadro 3 - Coeficiente característico do solo C (Décourt e Quaresma,1978) 38 Quadro 4 - Valores do fator α em função do tipo de estaca e do tipo de solo (Décourt, 1996) 38 Quadro 5 - Valores do fator β em função do tipo de estaca e do tipo de solo (Décourt, 1996) 39
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Resultados obtidos através do método Aoki-Velloso 48
Tabela 2 - Valores de Nspt utilizados para cálculo no método de Aoki-Velloso para cada profundidade 48
Tabela 3 - Resultados obtidos através do método Aoki-Velloso com fator de segurança 48
Tabela 4 - Valores de Nspt utilizados para cálculo no método de Décourt-Quaresma para cada profundidade 49
Tabela 5 - Resultados obtidos através do método Décourt-Quaresma 49
Tabela 6 - Resultados obtidos através do método Décourt-Quaresma com os fatores de segurança 50
Tabela 7 - Dimensionamento das estacas de fundação 50
Tabela 8 - Resumo das quantidades de estaca e volume de concreto 73
LISTA DE SIGLAS
Nspt Índice de resistência à penetração SPT Standard Penetration Test
RQD Rock Quality Designation CPT Cone penetration test CPTU Piezocone penetration test
LISTA DE SÍMBOLOS
RL Resistência lateral ou resistência de fuste
RP Resistência de ponta
R Resistência total
U Perímetro do fuste
rL Resistência lateral fracionada ΔL Comprimento de cada fração
rP Resistência de ponta
AP Área da seção transversal da ponta ou base da estaca
qc Resistência de ponta do cone
fs Atrito lateral unitário da luva e Fatores de correção do CPT
F1 F2
Coeficiente tabelado em função do solo
K
α Razão de atrito
Np Resistência a penetração na ponta
NL Resistência a penetração na lateral
L
Δ ′ Espessura da camada de solo
C Coeficiente característica do solo α′ Fator em função da estaca e do solo β Fator em função da estaca e do solo
Pa Carga admissível
Rmed Valor médio da capacidade de carga
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 11 1.1 OBJETIVO GERAL 12 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 12 1.3 JUSTIFICATIVA 13 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 14
2.1 ELEMENTOS NECESSÁRIOS AO PROJETO GEOTÉCNICO 14
2.1.1 LEVANTAMENTO TOPOGRÁFICO 15
2.1.2 INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA 15
2.1.2.1 INVESTIGAÇÃO PRELIMINAR 15
2.1.2.1.1 SONDAGEM DE SIMPLES RECONHECIMENTO - SPT 16
2.1.2.2 INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA COMPLEMENTAR 20
2.1.2.2.1 SONDAGEM TIPO MISTA 21
2.1.2.2.2 ENSAIO DE CONE (CPT) E DE PIEZOCONE (CPTU) 23
2.1.3 ANÁLISE DAS CONSTRUÇÕES VIZINHAS 25
2.2 TIPOS DE FUNDAÇÕES 26
2.2.1 FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS 26
2.2.2 FUNDAÇÕES PROFUNDAS 29
2.3 CONCEPÇÃO DO PROJETO DE FUNDAÇÕES 32
2.3.1 DIMENSIONAMENTO DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS 32
2.3.2.1 CAPACIDADE DE CARGA 32
2.3.3 DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL 39
3 METODOLOGIA 41
3.1 MÉTODO AOKI - VELLOSO 42
3.2 MÉTODO DE DÉCOURT-QUARESMA 43 3.3 DIMENSIONAMENTO DA FUNDAÇÃO 44 4 RESULTADOS 47 5 CONCLUSÃO 53 REFERÊNCIAS 54 APÊNDICES 56
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1 INTRODUÇÃO
Fundação é o elemento de interação entre a superestrutura e a zona adjacente de solo ou rocha. Sua função é receber as cargas permanentes e variáveis da edificação e as transferir ao solo, sem sobrecarregar o mesmo (CERNICA, 1995).
No decorrer da história os antigos impérios do Oriente Médio começaram a utilizar bloco cerâmico e pedra nas construções. Devido ao grande peso destas estruturas, grande parte delas começaram a apresentar patologias resultando em demolições ou ruínas, os escombros destas construções eram compactados, misturados com terra e utilizados como fundação para a construção de novas edificações (HACHICH et al., 1998).
As primeiras informações da utilização de fundações foram no período neolítico, onde inicialmente o homem construiu suas primeiras cabanas. Posteriormente, em regiões inundáveis, eram usados pedaços de madeira como estacas, criou-se então as palafitas. Possivelmente, neste momento, surgiram as primeiras idéias a respeito da resistência dos solos (HACHICH et al., 1998).
Após séculos de execução a engenharia de fundação foi se aperfeiçoando, gerando modelos mais adequados para cada tipo de situação levando em consideração fatores como topografia da área de estudo, dados geotécnicos do terreno, da estrutura a ser construída e das construções vizinhas. Convencionalmente as fundações são separadas em dois grupos, fundações superficiais também conhecidas como diretas ou rasas, e fundações profundas (HACHICH et al., 1998).
A ABNT NBR 6122:2010 - Projeto e Execução de Fundações (ASSOCIAÇÃO…, 2010) classifica as fundações em dois grupos, as fundações rasas que são as sapatas, as sapatas corridas, os blocos e os radiers; e as fundações profundas que são as estacas, os tubulões e as fundações tipo caixão.
Quando se trata do projeto de fundação deve-se levar em consideração um conjunto de fatores, que de acordo com Velloso e Lopes (2010), devem ser cuidadosamente avaliados pelo projetista.
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De acordo com Hachich et al. (1998), dentre esses fatores estão a topografia do terreno, que está relacionada com o levantamento topográfico e os dados do terreno ou de encostas e taludes que possam afetar o terreno; dados geotécnicos, que é o conhecimento do solo através de ensaios e análises que forneçam informações a fim de classificar o solo e determinar suas características; histórico construtivo da vizinhança, que é um estudo sobre os tipos de fundações e estruturas utilizadas nas edificações confrontantes, o desempenho destas fundações, a presença de subsolos. No caso de fundações verticais deve-se fazer um levantamento da quantidade de pavimentos existentes e da carga exercida sobre cada um deles, por fim, analisar os dados referentes a vizinhança em conjunto com os dados geotécnicos para se ter uma previsão sobre possíveis consequências devido a escavações e vibrações provocadas pela nova obra; levantamento dos dados da estrutura a ser construída, onde será relatado a finalidade da estrutura, o sistema construtivo e estrutural que será utilizado e as ações as quais está estrutura irá submeter a fundação.
1.1 OBJETIVO GERAL
Desenvolver o projeto geotécnico de fundação de um edifício predial com base no conjunto mínimo de documentos necessários à sua definição.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Este trabalho tem como objetivos específicos:
● Coletar e analisar um conjunto mínimo de documentos;
● Determinar alternativas de fundação mais adequadas ao solo em questão; ● Analisar o método mais adequado para a execução dos cálculos;
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1.3 JUSTIFICATIVA
Antigamente as construções eram realizadas sem bases teóricas, somente regras práticas e empíricas adquiridas na experiência, por esse motivo as construções antigas são caracterizadas pelo seu superdimensionamento, visto que o construtor não sabia fazer os cálculos adequados e precisava se certificar que aquela obra se manteria em pé (TELLES, 1984).
A partir dos acontecimentos ocorridos durante o século XVIII, como a revolução industrial, passou-se a exigir profissionais com conhecimentos teóricos para realizar obras bem estruturadas e ao mesmo tempo econômicas. Com Isso nasceu a engenharia moderna, ou seja, a engenharia baseada em estudos e pesquisas.
Com a introdução da engenharia no Brasil no começo do século XIX identificou-se inúmeras catástrofes em obras de engenharia. Esses eventos evidenciaram a necessidade de um adequado dimensionamento de projetos de fundações, visto que, anteriormente, de acordo com Hachich et al. (1998), as teorias de cálculos aplicados aos solos consideravam-no como um material bem definido, como exemplo o concreto e o aço. Por esse motivo com este trabalho pretende-se obter um material de base para o desenvolvimento adequado de um projeto geotécnico de fundações, usando como referência à norma NBR 6122 (ASSOCIAÇÃO…, 2010), a fim de garantir o seu desempenho adequado.
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2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Este referencial, tem como finalidade abordar os conceitos necessários para a interpretação de dados relevantes e posterior execução de um projeto geotécnico de fundação predial, tendo como base a literatura e as normas regulamentadoras pertinentes.
2.1 ELEMENTOS NECESSÁRIOS AO PROJETO GEOTÉCNICO
Para iniciar o desenvolvimento do projeto de fundação é necessário analisar alguns critérios técnicos, no qual condicionam a escolha do tipo de estrutura viável. (ASSOCIAÇÃO…, 2017).
Conforme Velloso e Lopes (2010), os requisitos básicos de um projeto de fundações são cumprir a verificação dos estados limites últimos e de serviço, no qual é abordado na ABNT NBR 8681:2003 - Ações e segurança nas estruturas - Procedimento (ASSOCIAÇÃO…, 2003); verificar a segurança apropriada ao deslizamento e tombamento; verificar a segurança à flambagem e verificar os níveis de vibração apropriada ao uso da construção.
Todavia, o não atendimento desses critérios, pode-se resultar no colapso do solo, em deformações excessivas, no tombamento ou no deslizamento da edificação ou até no colapso da estrutura. Por esses motivos, pode destacar a importância de um projeto bem estruturado, mas para isso são necessários alguns documentos. (VELLOSO; LOPES; 2010).
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2.1.1 LEVANTAMENTO TOPOGRÁFICO
O estudo topográfico é uma coletânea de documentos destinados a caracterizar o terreno em estudo. Com esse trabalho é possível saber exatamente as dimensões do terreno, ter a localização de elementos como árvores, construção antiga no terreno e também é possível verificar se há a necessidade de efetuar cortes ou aterros no lote, se há taludes e encostas que atingem o terreno e também a presença de aterros ou matacões (ASSOCIAÇÃO…, 2017).
2.1.2 INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA
A inspeção geotécnica, deve ser realizada em campo por profissionais qualificados e complementada com estudos mais detalhados, conforme NBR 6122 (ASSOCIAÇÃO…, 2010).
O estágio inicial para a execução de uma investigação geotécnica é o planejamento das etapas a serem executadas e os objetivos a serem atingidos (VELLOSO; LOPES, 2010). As etapas são divididas em investigação preliminar e investigações complementares.
2.1.2.1 INVESTIGAÇÃO PRELIMINAR
A investigação preliminar tem como finalidade compreender as principais características geotécnicas. Comumente, nesta etapa são executadas sondagens a percussão, visando a especificação do solo e sua estratigrafia, o posicionamento do nível d’água e o índice de resistência à penetração, Nspt, como mencionado na NBR 6122 (ASSOCIAÇÃO…, 2010).
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Independente dos frutos alcançados através da investigação preliminar, é indicado a aplicação de investigações adicionais sempre que na fase de execução da fundação houver não conformidades entre as condições locais e as fornecidas pela investigação preliminar, conforme NBR 6122 (ASSOCIAÇÃO…, 2010).
2.1.2.1.1 SONDAGEM DE SIMPLES RECONHECIMENTO - SPT
O ensaio SPT ( Standard Penetration Test ), também conhecido como sondagem a percussão, é o ensaio para determinação das características do solo mais executado no âmbito da geologia, tanto no mundo como no Brasil. O SPT é um ensaio que de forma acessível propicia a familiarização do solo, a resistência ofertada por este e a localização do nível d'água quando encontrada ao longo da perfuração (HACHICH et al., 1998).
Segundo a ABNT NBR 8036:1983 - Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios (ASSOCIAÇÃO…, 1983), o número e locação, a qual devem ser efetuadas as sondagens, deve ser satisfatório ao tipo de construção e as características geotécnicas, visando atender a prováveis variações das camadas de solo.
A norma estabelece alguns requisitos mínimos para guiar a escolha do número de sondagens. Tem como base a área de projeção em planta da edificação a ser construída, por exemplo uma planta com uma área igual a 1200 m² necessita no mínimo, de um ensaio para cada 200 m². Já uma planta com área entre 1200 m² e 2400 m², exige uma sondagem para cada 400 m² que ultrapassem de 1200 m². Construções acima de 2400 m² devem ter o número de ensaios decididos de acordo com o plano particular da obra. Contudo, todos os casos devem obedecer as circunstâncias mínimas, duas sondagens para áreas de projeção em planta de até 200 m² e três para áreas entre 200 m² e 400 m². Caso não haja a planta da edificação há disposição, o número de sondagens deve ser obtida de forma que a distância máxima entre os ensaios seja de 100 m, sendo que o número mínimo é três.
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Sobre a localização das sondagens, a norma NBR 8036 (ASSOCIAÇÃO…, 1983) cita que essa locação deve ser feita de acordo com o projeto estrutural e/ou ser igualmente distribuídas ao longo da área do empreendimento. Visto que, quando a quantidade de sondagens for superior a três, elas não devem ser realizadas todas em um mesmo alinhamento.
O ensaio SPT é executado através da cravação de um amostrador. A
penetração se inicia a partir de uma profundidade igual a 1 m em relação ao nível do solo, profundidade esta, escavada com a ajuda de um trado-concha ou cavadeira manual. Posteriormente, com o aparelho já posicionado na cota correta, dá-se início a cravação, ocasionada pela queda de um peso denominado de martelo, com massa de 65 kg a uma altura de 0,75 m, mostrado na Figura 1. Os golpes são concebidos até que o amostrador tenha penetrado 0,45 m no solo, conta-se o número de golpes necessários para a cravação a cada fração de 15 cm do total de 45 cm (HACHICH et al, 1998). O índice Nspt é um parâmetro que representa a quantidade de golpes necessários para penetrar os últimos 0,30 m no solo (LUKIANTCHUKI, 2012).
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Figura 1 - Equipamento para ensaio SPT Fonte: Schnaid (2012).
Nos procedimentos consecutivos, segundo a ABNT NBR 6484:2001 - Solo - sondagem de simples reconhecimento com SPT (ASSOCIAÇÃO…, 2001), a perfuração, deve ser intercalada com as operações de ensaio e amostragem, utilizando o trado helicoidal até atingir o nível d’água do subsolo. No momento em que a perfuração com o trado helicoidal for inferior a 50 milímetros após 10 minutos, opta-se pela perfuração por circulação de água, também conhecida como lavagem.
A lavagem é executada através da injeção de água no solo, pelo conjunto de perfuração ligado a uma bomba d’água motorizada. O objetivo desta é retirar o
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material escavado através da circulação de água, segundo a NBR 6484 (ASSOCIAÇÃO…, 2001), este processo aumenta a perfuração em torno de 30 cm acompanhada de movimentos alternados do trado coordenados por um operador.
Os resultados na sondagem são dispostos num relatório (ver Figura 2) com os demais dados pertinentes a execução, como designa a NBR 6484 (ASSOCIAÇÃO…, 2001), em conjunto com a planta do local da obra, constando a localização da sondagem e referência de nível bem detalhadas de forma a não ter dúvidas quanto a sua posição.
O relatório de sondagem, apresentado na Figura 2, traz algumas informações que para engenharia de fundação é de grande valia, tais como, o valor do Nspt, o tipo de solo conforme o aumento da profundidade, o nível d’água, e um gráfico que apresenta o Nspt em relação a profundidade.
Nas demais penetrações quando o trado encontrar dificuldades, ou seja, presença de material impenetrável à percussão, é adotado o sistema de sondagem mista (VELLOSO; LOPES, 2010).
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Figura 2 - Modelo de relatório de SPT Fonte: Brandi (2016).
2.1.2.2 INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA COMPLEMENTAR
Após a realização das sondagens a percussão, em função, das particularidades do solo e do projeto, ou ainda, houver questionamentos quanto às
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propriedades do material impenetrável à percussão é necessário a execução de investigações complementares como mencionado na norma NBR 6122 (ASSOCIAÇÃO…, 2010).
2.1.2.2.1 SONDAGEM TIPO MISTA
Denomina-se sondagem tipo mista, o arranjo entre um equipamento de sondagem a percussão - SPT, e um equipamento de sondagem rotativa, sendo este último, um tipo de ferramenta tubular denominada barrilete, embutida na extremidade da haste penetrante com a função de cortar e retirar amostras de material (VELLOSO; LOPES, 2010).
Segundo Velloso e Lopes (2010), a necessidade de uma sondagem tipo mista, se faz precisa, quando durante o processo de sondagem encontra-se um material impenetrável, que precisa ser ultrapassado para proceder com o ensaio.
O relatório de apresentação dos resultados da sondagem mista (vide Figura 3), contempla a etapa da perfuração pelo método SPT até o momento onde se encontra o material impenetrável, em seguida, inicia-se a amostragem referente a sondagem rotativa, levando em consideração o percentual de RQD ( Rock Quality
Designation ) que é um índice de qualificação dos maciços rochosos com variação de
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Figura 3 - Modelo de relatório sondagem mista Fonte: Brandi (2016).
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2.1.2.2.2 ENSAIO DE CONE (CPT) E DE PIEZOCONE (CPTU)
O ensaio CPT ( cone penetration test ) e o ensaio CPTU ( piezocone
penetration test ), são definidos internacionalmente, como um dos principais
instrumentos de averiguação geotécnica. A análise do solo através destes métodos assim como o SPT, fornece, a estratigrafia dos perfis geológicos, as características do solo, e a suposição da capacidade de carga das fundações (SCHNAID, 2012).
Contemplado pela ABNT NBR 12069/MB 3406 : 1991 - Ensaio de penetração de cone in situ (CPT) (ASSOCIAÇÃO…, 1991) o ensaio de penetração de cone, se dá basicamente a penetração de uma ponteira submetida a uma velocidade estabelecida de (20 +/- 5) mm/s, onde os registros do subsolo, devem ser analisados no máximo a cada 20 cm conforme o avanço da ponteira.
O ensaio de penetração de cone - CPT, compreende a resistência encontrada na ponta e a resistência por atrito lateral do conjunto haste-cone - ver Figura 4. O ensaio de penetração de piezocone - CPTU - possui um medidor de pressão localizado, geralmente, próximo ao cone para averiguação da poro-pressão durante o ensaio (VELLOSO; LOPES, 2010). Seus resultados são dispostos em um relatório conforme Figura 5.
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Figura 4 - Equipamento para ensaio CPTU Fonte: Velloso e Lopes (2010).
Figura 5 - Modelo de relatório CPTU Fonte: Brandi (2016).
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Conforme a NBR 12069/MB 3406 (ASSOCIAÇÃO…, 1991), o relatório de sondagem a percussão, os trabalhos realizados, e as informações coletadas, e posteriormente analisadas devem ser descritas de forma clara e sucinta, evitando dificuldade na interpretação dos registros.
2.1.3 ANÁLISE DAS CONSTRUÇÕES VIZINHAS
A inspeção técnica, é um regime com o propósito de examinar e investigar as propriedades físicas, de segurança e ambientais e as condições sócio-econômicas dos imóveis adjuntos ao terreno em estudo, sendo estes fatores de suma importância para que a futura obra progrida de forma segura e com boa receptividade pela comunidade (GOMIDE, 2017).
a) Apuração técnica das condições físicas: objetiva conhecer as condições gerais, e as possíveis anormalidades do terreno e das construções periféricas, tendo em vista a integral segurança antes e no decorrer da obra. De acordo com Velloso e Lopes (2010), nesta etapa da apuração, deve-se atentar principalmente a existência de fundações vizinhas e a carga a qual elas estão submetidas;
b) Apuração técnica das condições de segurança e ambientais: determina o quão preocupante são as anormalidades encontradas, tanto nos imóveis quanto no terreno;
c) Apuração sócio-econômica: deve-se analisar a aceitação da obra pelos habitantes da região, assim como, a influência dela sobre as pessoas mais desprotegidas como idosos, enfermos e crianças.
O laudo de inspeção técnica, deve conter informações relevantes as apurações, atentando-se às particularidades do terreno e das edificações, acompanhadas de ilustrações fotográficas para fácil compreensão (GOMIDE, 2017).
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2.2 TIPOS DE FUNDAÇÕES
De acordo com Velloso e Lopes (2010), as fundações são distinguidas de forma arbitrária pelo preceito de que, os mecanismos de ruptura de base sejam perceptíveis na superfície quando em fundações rasas, e nas fundações profundas esses mecanismos de ruptura sejam imperceptíveis, já que, estes atingem frequentemente duas vezes sua menor dimensão (vide Figura 6).
Figura 6 - Fundações superficial e profunda Fonte: Velloso e Lopes (2010).
2.2.1 FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS
Comumente as fundações superficiais, também conhecidas como rasas ou diretas, são classificadas segundo a norma NBR 6122 (ASSOCIAÇÃO…, 2010) como elementos de fundação onde as cargas são propagadas sob a base da fundação, e a sua profundidade de locação junto ao terreno, é inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação. Estas estão subdivididas em, (vide Figura 7):
● Sapatas: São elementos de concreto armado geralmente de base quadrada, retangular ou trapezoidal e que tenham resistência a tração, já que, o aço empregado na sua composição possui este fim;
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● Sapata associada: São elementos no qual desabrocha dois ou mais pilares; ● Sapatas corridas: Sapata a qual está sujeita a receber as cargas provenientes
da superestrutura de forma sequencial ao longo de um mesmo alinhamento; ● Blocos: Elementos formados apenas por concreto, de forma que os esforços
de tração sejam resistidos pelo concreto sem a utilização de armadura;
● Radier: Elementos que tem por finalidade englobar todos os pilares da superestrutura e dividir os esforços.
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Figura 7 - Fundações do tipo superficiais Fonte: Autoria própria.
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2.2.2 FUNDAÇÕES PROFUNDAS
Definido pela NBR 6122 (ASSOCIAÇÃO…, 2010), os elementos profundos são aqueles cravadas à uma profundidade superior a duas vezes a sua menor dimensão e no mínimo 3 metros de profundidade. Ressalta-se também que os esforços neste tipo de fundação podem ser transmitidos pela base, conhecido por resistência de ponta, ou através da superfície lateral (resistência de fuste). A fundação, neste caso, pode transmitir as cargas ao solo através da combinação destas duas. Estas estão distribuídas em, (vide Figura 8):
● Estacas: Elemento executado inteiramente por equipamentos ou ferramentas, execução está que pode ser por cravação ou escavação, sem que haja a necessidade da descida de pessoas em qualquer etapa da construção, as estacas podem ser executadas de madeira, aço, concreto pré moldado, concreto moldado in loco ou pelo arranjo dos materiais anteriores. Os principais tipos de estaca:
○ Pré-moldadas - são caracterizadas por serem cravadas no solo por percussão, prensagem ou vibração;
○ Moldadas in loco com tubo de revestimento - são caracterizadas pelo uso de um tubo metálico que auxilia na sua execução, pode ser do tipo Franki, em que é cravado um tubo de ponta fechada e posteriormente é feito o alargamento da base; ou do tipo Strauss, em que é escavado o solo com o auxílio de uma camisa metálica recuperável.
○ Moldadas in loco escavadas mecanicamente - podem ser de hélice contínua, que consiste na escavação por meio de um trado helicoidal, no qual executa a concretagem ao mesmo tempo que escava o terreno. Ou pode ser do tipo estaca raiz, que é executado através de uma perfuratriz com a injeção de água, lama bentonítica ou ar comprimido.
● Tubulão: Elemento em formato cilíndrico e execução por escavação, caracterizado por ser fundamental a descida de funcionários na sua
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construção, seja para alargamento da base ou na etapa final para limpeza do fundo. O tubulão diverge das estacas não pelo processo construtivo mas pela necessidade da descida de pessoas.
● Caixão: Este tipo de fundação não é mencionado na NBR 6122 (ASSOCIAÇÃO…, 2010), porém de acordo com Velloso e Lopes (2010), é um elemento de concreto com forma prismática, posicionado na superfície do terreno e afundado a medida que é feita a escavação ao redor da estrutura.
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Figura 8 - Fundações do tipo profundas Fonte: Autoria Própria.
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2.3 CONCEPÇÃO DO PROJETO DE FUNDAÇÕES
De acordo com Hachich et al. (1998), existem características da obra que podem restringir a escolha de um determinado tipo de fundação, como exemplo um solo composto de argila mole e com uma profundidade significativa, esse aspecto aponta que a melhor alternativa é uma fundação por estaca.
Quando se trata de trabalhos em solos terrosos ou rochosos é necessário fazer as investigações exigidas, na maioria dos casos é preciso investigar além da profundidade de projeto, pois pode existir alguma camada de solo mais fraco abaixo de camadas de solos densos (HACHICH et al., 1998).
Neste trabalho será tratado uma solução por fundação em estaca escavada, devido às cargas altas em alguns pilares.
2.3.1 DIMENSIONAMENTO DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS
2.3.2.1 CAPACIDADE DE CARGA
De acordo com Cintra e Aoki (2010), no conhecimento do problema físico da capacidade de carga, verifica-se o crescimento de tensões ao longo do fuste da estaca e junto à sua base, como ilustrado na Figura 9, este conjunto de cargas são decompostas em duas partes:
Resistência Lateral ou resistência de Fuste (RL) Resistência de Ponta (RP)
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Figura 9 - Parcelas de resistência que constituem a capacidade de carga Fonte: Cintra e Aoki (2010).
Portanto, tem-se o equacionamento matemático seguinte:
R R
R = L + P (1)
● RESISTÊNCIA LATERAL
É a resistência ofertada pelo corpo lateral da estaca quando empurrada para baixo, sob ação de uma força agindo de forma contrária ao solo. De acordo com Cintra e Aoki (2010), é adotado que as tensões laterais são as primeira a serem mobilizadas até o máximo possível.
Idealizando a estaca fragmentada em frações verticais, onde, em cada fração atua um atrito lateral local, de valor variável em função das peculiaridades geotécnicas das diferentes camadas do solo. Para obter os valores de resistência de cada subdivisão aplica-se o seguinte equacionamento:
U (r )
RL = *
∑
ni=0 L* ΔL
(2)
Onde: U é o perímetro do fuste (m);
é a resistência lateral fracionada;
34
é o comprimento de cada fração (m). ΔL
● RESISTÊNCIA DE PONTA
É a resistência oferecida pela estaca quando impulsionada para baixo sob a ação de uma força contrária ao solo. Segundo Cintra e Aoki (2010), a resistência de ponta só será estimulada quando a resistência de fuste houver atingido sua máxima solicitação.
Para determinar a parcela da resistência referente à ponta da estaca, utiliza-se o seguinte equacionamento matemático:
r A
RP = P * P (3)
Onde: rPé a resistência de ponta, em unidades de tensão (kN)
é a área da seção transversal da ponta ou base da estaca (m²)
AP
● MÉTODOS SEMI-EMPÍRICOS
Segundo Cintra e Aoki (2010), as fórmulas teóricas para se obter a capacidade de carga de fundações por estacas não são confiáveis. Visto isso alguns autores propuseram métodos de cálculos baseados em resultados de ensaios em campo e ajustados com prova de carga.
- MÉTODO AOKI-VELLOSO (1975)
Relembrando a equação (1) teórica de capacidade de carga e juntando com as equações (2) e (3), que são as parcelas de resistência lateral ( RL) e resistência de ponta (RP ), temos:
U (r ) r A
R = *
∑
ni=0 L* ΔL + P * P
(4)
Sendo que rL re P são incógnitas geotécnicas, que inicialmente pelo método Aoki-Velloso são relacionadas com o ensaio de penetração estática (CPT),
35
com base no valor de resistência de ponta do cone ( qc) e no atrito lateral unitário da luva ( ) (CINTRA; AOKI, 2010).fs
(5) F rp = qc
/
1 e (6) F rL = fs/
2Onde F1 Fe 2, mostrados na Quadro 1, são fatores de correção que levam em consideração a diferença entre o comportamento da estaca e o do cone do CPT e também da influência do método construtivo de cada tipo de estaca.
Tipo de estacas F1 F2
Franki 2,5 2*F1
Metálica 1,75 2*F1
Pré-Moldada 1+D/0,8 2*F1
Escavada 3 2*F1
Raiz, Hélice contínua e Ômega 2 2*F1
Quadro 1 – Fatores de correção F1 e F2 atualizados (adaptados de Aoki e Velloso, 1975) Fonte: Cintra e Aoki (2010).
Contudo no Brasil, de acordo com Cintra e Aoki (2010), o método mais empregado para investigação é o SPT, em decorrência disso o valor de resistência de ponta (qc) pode ser substituído pelo índice de resistência à penetração (Nspt).
qc = K * Nspt (7) A equação 22, acima, permite que o atrito lateral também seja expresso em função de Nspt, considerando a razão de atrito ( ) a seguir.α
(8) q α = fs
/
c Logo: (9) fs= α * qc= α * K * Nspt36
Portanto a equação final é expressa por:
(α L ) R = F 1 K N* p * Ap + FU 2
∑
n 1 * K * NL* Δ ′ (10)Na equação, Np é o valor de Nspt na cota de apoio da ponta da estaca e NL
é o valor de Nspt médio na camada de solo de espessura ΔL ′.
As incógnitas K e α , na equação 25, são estabelecidas em função dos tipos de solos e seus valores foram propostas pelos autores, na Quadro 2, com fundamento em suas experiências e em valores da literatura.
Solo K (MPa) α (%) Areia 1 1,4 Areia Siltosa 0,8 2 Areia Siltoargilosa 0,7 2,4 Areia Argilosa 0,6 3 Areia Argilosiltosa 0,5 2,8 Silte 0,4 3 Silte Arenoso 0,55 2,2 Silte Arenoargiloso 0,45 2,8 Silte Argiloso 0,23 3,4 Silte Argiloarenoso 0,25 3 Argila 0,2 6 Argila Arenosa 0,35 2,4 Argila Arenossiltosa 0,3 2,8 Argila Siltosa 0,22 4 Argila Siltoarenosa 0,33 3
Quadro 2 – Coeficiente K e razão de atrito (Aoki e Velloso, 1975)α Fonte: Cintra e Aoki (2010).
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Conforme a NBR 6122 (ASSOCIAÇÃO…, 2010), a grandeza essencial quando se trata de projeto de fundação por estacas é a carga admissível, quando o projeto for realizado em termos de valores característicos, ou carga resistente de projeto, quando executado em valores de projeto.
A carga admissível (P )a de acordo com Cintra e Aoki (2010), pode ser obtida através do seguinte equacionamento matemático:
(11) F
Pa = R
/
SOnde: Paé a carga admissível;
é o valor total da capacidade de carga;
R
é o fator de segurança, normatizado e sempre superior a 1.Para esse
FS
método utiliza FS= 2.
- MÉTODO DÉCOURT-QUARESMA (1978)
Na estimativa de atrito lateral, Décourt (1982) transforma os valores tabelados para a resistência lateral na expressão:
0
rL = 1 *
(
N3L + 1)
(12)A equação da resistência de ponta da estaca ( rp) é estimado pelo método de Décourt-Quaresma a seguir por:
rp = C * Np (13)
O valor do índice de resistência à penetração na ponta ( Np) é determinado por uma média de três valores de Nspt, o que corresponde ao nível da base, o imediatamente anterior e o imediatamente posterior. Já o valor do coeficiente característico do solo (C) é determinado por meio da Quadro 3.
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Tipo de Solo C (kPa)
Argila 120
Silte Argiloso* 200 Silte Arenoso* 250
Areia 400
*alteração de rocha (solos residuais)
Quadro 3 – Coeficiente característico do solo C (Décourt e Quaresma, 1978) Fonte: Cintra e Aoki (2010).
Décourt (1996) introduz os fatores α′ β e as parcelas de resistências, que podem ser obtidos pelas Quadro 4 e 5. O fator α′ é atribuído a parcela de resistência de ponta e o fator β é atribuído a parcela de resistência lateral, originou-se a seguinte equação de capacidade de carga:
0 R = α′* C * Np* Ap+ β * 1 *
(
N3L + 1)
* U * L (14) Tipos de solo Tipos de estacas Escavada em geral Escavada (bentonita) Hélice contínua Raiz Injetada sob altas pressões Argilas 0,85 0,85 0,3* 0,85* 1,0* Solos Intermediários 0,6 0,6 0,3* 0,6* 1,0* Areias 0,5 0,5 0,3* 0,5* 1,0**Valores apenas orientativos diante do reduzido número de dados disponíveis Quadro 4 - Valores do fator α′ em função do tipo de estaca e do tipo de solo (Décourt, 1996) Fonte: Cintra e Aoki (2010).
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Tipos de estacas
Tipos de solo Escavada em geral Escavada (bentonita) Hélice contínua Raiz Injetada sob altas pressões Argilas 0,8* 0,9* 1,0* 1,5* 3,0* Solos Intermediários 0,65* 0,75* 1,0* 1,5* 3,0* Areias 0,5 0,6* 1,0* 1,5* 3,0*
*Valores apenas orientativos diante do reduzido número de dados disponíveis Quadro 5 - Valores do fator em função do tipo de estaca e do tipo de solo (Décourt, 1996)β Fonte: Cintra e Aoki (2010).
Para a carga admissível (P )a no método de Décourt-Quaresma o fator de segurança é diferenciado para cada parcela de resistência, segundo Cintra e Aoki (2010), e pode ser obtida através do seguinte equacionamento matemático:
(15)
P
a=
1,3RL+
R4POnde: Pa é a carga admissível;
é o valor da resistência de fuste;
RL
é o valor da resistência de ponta.
RP
2.3.3 DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL
O dimensionamento estrutural das fundações deve ser realizado a fim de atender à ABNT NBR 6118:2014 - Projeto de estruturas de concreto - Procedimento (ASSOCIAÇÃO…,2014).
Para a realização de um projeto estrutural é imprescindível ter conhecimento, mesmo que em ordem de grandeza, dos deslocamentos admissíveis e das tensões admissíveis (VELLOSO;LOPES, 2010).
40
Há algumas estruturas, de acordo com Velloso e Lopes (2010), em que é necessário o estudo da interação solo-fundação, como exemplo as estruturas hiperestáticas e estruturas de grande responsabilidade.
41
3 METODOLOGIA
A metodologia, é a descrição do caminho sucessivo do autor a fim de alcançar o objeto final que foi proposto (ARRUDA, 2008).
Assim, tendo em vista o objetivo apresentado, a metodologia deste trabalho se divide em algumas etapas, as quais foram dispostas de forma a facilitar o entendimento (vide Figura 10).
42
O presente trabalho resulta na execução de um projeto geotécnico de fundação predial em estacas de um edifício residencial de habitação coletiva, com seis pavimentos em estrutura convencional de concreto armado, que está localizado na cidade de Curitiba no estado do Paraná.
O terreno em questão possui um desnível de 3% em relação ao fundo e uma área de 3600 m², onde foram realizados três ensaios de sondagem do tipo SPT (Apêndice A).
O projeto estrutural com as plantas de carga (Apêndice A) o qual se baseou os cálculos deste trabalho, foram disponibilizados prontamente finalizados.
Para efeitos iniciais de cálculo foram executados dois procedimentos distintos para a verificação da carga de ruptura, o método de Aoki-Velloso e o método de Decourt Quaresma.
3.1 MÉTODO AOKI - VELLOSO
Para dar início ao método foram arbitrados três diâmetros e três comprimentos diferentes para serem inseridos na formulação de Aoki-Velloso, foram eles 30, 40 e 50 centímetros de diâmetro e 4, 5 e 6 metros de comprimento. O diâmetro estipulado inicialmente se baseou em pegar os menores diâmetros de trados presentes no mercado e iniciar a análise com estes, para verificar se já seriam suficientes para atender as condições de dimensionamento exigidas. Após delimitar essas dimensões, utilizou a equação da resistência total de Aoki-Velloso (25) para obtenção das capacidades de carga.
Primeiramente calcula-se os valores de área da seção transversal, o perímetro e o comprimento da estaca. Em seguida, determina os valores das incógnitas , α, F e FK 1 2, que são obtidos através dos quadros, onde entra-se com o tipo de solo e o tipo de estaca a ser executada.
Posteriormente é feita uma análise do relatório de sondagem para determinação do Nspt da ponta (Np) da estaca e o Nspt da lateral (NL). O Np é o
43
Nspt da profundidade onde ficará a ponta da estaca. Já o NL é uma média entre os valores de Nspt distintos em contato ao longo da lateral da estaca.
Por fim, foi empregado a aplicação direta dos valores na equação da resistência total (10). Estes resultados foram organizados em uma tabela para melhor compreensão e visualização.
Após realizou o cálculo da força limite suportada pela estaca, compreendendo que a tensão é uma relação entre força e área, e considerando que a tensão limite é de 5 MPa e a área pode ser obtida através do diâmetro da estaca, obteve-se a força limite.
Por último, dispondo do conhecimento teórico do método de Aoki-Velloso, é considerado um fator de segurança equivalente a 2. Finalmente, a resistência total é dividida pelo fator de segurança (equação 11), no qual concebe-se a carga admissível.
3.2 MÉTODO DE DÉCOURT-QUARESMA
Para a elaboração do cálculo da resistência total, pelo método de Décourt Quaresma, foram arbitrados os mesmos valores de diâmetro e de comprimento, 30, 40 e 50 centímetros de diâmetro e comprimentos de 4, 5 e 6 metros. Em seguida, foram obtidos os valores de , α e βC a partir de tabelas, no qual entram-se com informações do tipo de solo e do tipo de estaca, neste momento foram atribuídos valores referentes a argilas quando necessário, uma vez que a literatura não trata de solos argilo siltosos quando no cálculo de Décourt-Quaresma.
Em seguida, calculou-se a área da ponta da estaca, o perímetro e o comprimento, para as dimensões pré-determinadas, ou seja, diâmetros de 30, 40 e 50 centímetros e comprimentos de 4, 5 e 6 metros.
Neste modelo de cálculo também foi feito uma análise dos ensaios de sondagem para determinação do Nspt, tanto da ponta como da lateral das estacas. Entretanto, neste método, o Nspt da ponta da estaca é uma média dos seus valores um metro acima e um metro abaixo da sua extremidade e o Nspt lateral é uma
44
média entre os valores de Nspt distintos e em contato com o lado da estaca, no entanto, nesse modelo em especial, é desconsiderado um metro final da extremidade da estaca pois este já foi considerado para o cálculo do Nspt da ponta. Para encerrar, os valores obtidos foram empregados na equação da resistência total (14). Estes resultados foram organizados em uma tabela para melhor compreensão e visualização.
De forma análoga a formulação de Aoki-Velloso, foi obtida a força limite, através da tensão limite de 5 MPa e da área calculada por meio do diâmetro da estaca.
Para o cálculo das cargas admissíveis foi utilizada a equação 15, que é composta por duas parcelas, uma referente a resistência lateral e outra da resistência da ponta da estaca, sabendo-se disso, a obtenção das cargas admissíveis é feita pela divisão de cada parcela pelo seu respectivo fator de segurança, que corresponde a 1,3 para a fração correspondente a lateral e 4 para a parcela da ponta.
Para escolher qual método que será utilizado para o dimensionamento dos elementos de fundação, comparam-se estes e utiliza-se o método que atingir o menor valor, respeitando assim a segurança dos cálculos.
3.3 DIMENSIONAMENTO DA FUNDAÇÃO
Após obter os valores de cargas admissíveis inicia-se o dimensionamento da fundação partindo dos diâmetros pré-estabelecidos que são 30, 40 e 50 centímetros. Antes de começar a análise foram determinadas algumas condições, são elas:
● utilizar preferencialmente diâmetro de 40 cm, o comprimento será definido de acordo com o valor da carga;
● seguir um distanciamento recomendado entre as estacas de 3ϕ (3 vezes o diâmetro da estaca), essa distância será modificada caso não atenda as cargas de momento;
45
● utilizar no mínimo duas estacas por pilar, devido a dificuldade, na hora da execução, de alinhamento dos eixos do pilar e da estaca.
Em seguida, é efetuado a divisão da força normal (Fz) do pilar por um número qualquer de estacas. Neste momento, deve-se analisar o resultado desta divisão, valores muito inferiores em relação às cargas admissíveis demonstram um superdimensionamento dos elementos de fundação, e valores muito altos ou superiores em relação às cargas admissíveis devem ser recalculados. Caso excedam os valores divide-se a força normal do pilar por um número maior de estacas.
Para análise de momento, primeiramente, escolhe-se uma prévia disposição das estacas para que possa fazer um cálculo de equilíbrio de momento, que depende diretamente do eixo de atuação do momento e da disposição das estacas no bloco. Utilizando como base a Figura 11, a somatória de momentos no ponto A ou no ponto B tem que ser igual a zero. Utilizando esta regra, conhecendo-se o valor de momento e estipulando a distância L como 3 vezes o diâmetro da estaca utilizada, é encontrado a parcela de Fz correspondente a cada estaca.
46
Após obter-se a somatória de forças no eixo Z da estaca é feita a avaliação da capacidade de carga admissível para cada estaca, caso seja extrapolado esse valor efetua-se a mudança de diâmetro e/ou de comprimento da estaca. Se mesmo depois das mudanças o valor de carga for maior que a capacidade de carga da estaca o cálculo é refeito desde o começo com uma quantidade maior de estacas.
Esta parte do dimensionamento da estaca se trata de cálculos por tentativa, ou seja, busca-se a melhor solução para enquadramento do elemento de fundação.
47
4 RESULTADOS
Neste capítulo, serão apresentadas as análises realizadas através do conhecimento teórico em conjunto com os valores obtidos através das formulações matemáticas.
Por meio dos relatórios de sondagem foi verificado um solo predominantemente argilo siltoso. Ao entorno do terreno não há construções ou qualquer tipo de delimitação que possa influenciar de forma prejudicial a esta nova obra, ou causar algum tipo de incômodo a possíveis moradores.
A partir das informações obtidas por meio dos ensaios geotécnicos e estudos deste caso foi verificado que a melhor alternativa para o tipo de fundação seria a estaca escavada, pelo fato da obra possuir pilares com altas cargas e muito próximos, que, no caso de adotar uma solução por fundação superficial, resultaria na interferência entre estes elementos, por esse motivo escolhe-se uma fundação profunda. E por fim, mediante a um solo argiloso siltoso, rijo à duro, escolhe-se a estaca do tipo escavada, pela dureza encontrada neste tipo de solo.
Os valores exibidos na Tabela 1 são correspondentes aos cálculos de resistência pelo método de Aoki-Velloso através da formulação matemática (10). Com auxílio dos quadros 8 e 9 determinou-se que K = 0 2, 2 MP a, α = 4%, F1 = 3 e
. Os valores de utilizados nos cálculos estão demonstrados na Tabela 2.
F2 = 6 Nspt
Em seguida, considerou-se um fator de segurança equivalente a 2 para elaboração da carga admissível, conforme apresentado na Tabela 3. Os valores apresentados no centro da tabela 1 e 3 estão expressos em Tonelada-força (tf) e na tabela 2 em golpes do amostrador feitos pelo ensaio de SPT.
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Tabela 1 - Resultados obtidos através do método Aoki-Velloso.
L efetivo (m) Diâmetro (cm) 30 40 50 4 39 60 86 5 52 81 116 6 59 90 127 F lim (tf) 35,3 62,8 98,2
Tabela 2 - Valores de Nspt utilizados para cálculo no método de Aoki-Velloso para cada profundidade.
L efetivo (m) NL NP
4 35 37
5 38 50
6 40 50
Tabela 3 - Resultados obtidos através do método Aoki-Velloso com fator de segurança.
L efetivo (m) Diâmetro (cm) 30 40 50 4 19 30 43 5 26 40 58 6 29 45 63 F lim (tf) 35,3 62,8 98,2
Para a realização dos cálculos pelo método de Décourt-Quaresma utilizou-se os valores de Nspt expressos na Tabela 4. Com auxílio dos quadros 3, 4 e 5 determinou-se C = 120 kP a, α′= 0 8, 5 e β = 0 8 , . A Tabela 5 indica os valores correspondentes aos cálculos de resistência pelo método de Décourt-Quaresma,
49
através do equacionamento matemático (14). Posteriormente após a aplicação dos fatores de segurança, seguindo a equação 15 de carga admissível, tem-se os valores mostrados na Tabela 6. Os valores apresentados no centro da tabela 4 e 6 estão expressos em Tonelada-força (tf) e na tabela 5 em golpes do amostrador feitos pelo ensaio de SPT.
Tabela 4 - Valores de Nspt utilizados para cálculo no método de Décourt-Quaresma para cada profundidade. L efetivo (m) Delta L (m) NL Np 4 3 35 41 5 4 35 46 6 5 38 49
Tabela 5 - Resultados obtidos através do método Décourt-Quaresma.
L efetivo (m) Diâmetro (cm) 30 40 50 4 58 90 129 5 72 110 156 6 87 131 184 F lim (tf) 35,3 62,8 98,2
50
Tabela 6 - Resultados obtidos através do método Décourt-Quaresma com os fatores de segurança. L efetivo (m) Diâmetro (cm) 30 40 50 4 30 50 75 5 35 58 86 6 40 65 97 F lim (tf) 35,3 62,8 98,2
Após o cálculo das cargas admissíveis através dos dois modelos matemáticos, foi escolhido o método de Aoki-Velloso, pois este apresentou valores menores de carga admissível. Tendo em vista a segurança dos cálculos e do dimensionamento, foi selecionado este método a fim de evitar possíveis acidentes.
Após a escolha do método para o cálculo das resistências admissíveis, determinou-se as quantidades e os comprimentos necessários, que cada elemento de estaca precisaria possuir, para atender as cargas provenientes dos pilares (Apêndice A). Quando as cargas resultantes dos pilares forem muito elevadas, aumentar o número de estacas acaba sendo inviável a obra, visto que isso inviabilizaria o processo de execução pelo aumento de recursos, neste momento, foi feito um aumento da distância entre as estacas a fim de diminuir a ação da sobreposição dos momentos aplicados nesses elementos.
Tabela 7 - Dimensionamento das estacas de fundação.
Pilar Diametro Comprimento Quant. Espaçamento
(cm) (m) (ud) (m)
P1 40 4 4 1,2
P8 40 5 3 1,2
P11 40 5 6 1,5
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Tabela 7 - Dimensionamento das estacas de fundação (cont.).
Pilar Diametro Comprimento Quant. Espaçamento
(cm) (m) (ud) (m) P13 40 4 3 1,2 P14 * * * * P15 40 4 4 1,2 P16 40 4 3 1,2 P17 50 5 6 1,5 P20 40 6 2 1,2 P21 50 6 6 2 P22 * * * * P23 40 5 3 1,5 P24 40 5 6 1,2 P25 50 5 6 1,5 P30 40 5 2 1,2 P33 50 6 4 1,5 P35 40 6 4 1,5 P37 30 4 2 1 P38 40 4 2 1,2 P39 30 5 2 1 P40 30 5 2 1 P41 50 5 6 1,5 P42 50 5 7 1,5 P43 40 5 6 1,2 P44 40 6 6 1,2 P45 40 5 4 1,2 P46 40 6 6 1,2
52
Tabela 7 - Dimensionamento das estacas de fundação (cont.).
Pilar Diametro Comprimento Quant. Espaçamento
(cm) (m) (ud) (m) P47 * * * * P48 * * * * P49 40 5 4 1,2 P50 50 6 4 1,5 P51 40 6 3 1,2 P52 40 5 4 1,2 P53 40 5 3 1,2 P54 40 5 3 1,2 P55 30 6 4 1
Após o dimensionamento das estacas, foi executado o projeto geotécnico analisando-se sempre a disposição destas estacas de forma a permitir que a ação dos momentos seja o mais uniforme possível entre os elementos.
53
5 CONCLUSÃO
A elaboração do presente trabalho atendeu os objetivos propostos, uma vez que a ideia central era analisar e interpretar um conjunto de documentos pré determinados, resultando na concepção de um projeto geotécnico adequado. Essa primeira interpretação dos dados, proporcionou base para a tomada de decisões importantes, como o tipo de fundação mais adequado ao solo proposto.
Ao longo deste trabalho, assim como na prática dos profissionais geotécnicos foram feitos comparações entre métodos matemáticos que nos proporcionam a determinação das cargas de ruptura, para que em seguida fosse feito uma seleção do modelo matemático que melhor atendia às condições de segurança dos cálculos, visto que os responsáveis técnicos, tem a obrigatoriedade de resguardar a sociedade civil de qualquer possível incidente originado por um dimensionado ineficiente. Logo escolheu-se o método Aoki-Velloso, visto que seus valores de cargas admissíveis resultaram em números menores.
A elaboração do projeto geotécnico se deu através da finalização dos cálculos, onde foi determinado a disposição das estacas da melhor forma possível, objetivando sempre que a ação dos momentos seja o mais uniforme entre os elementos. A partir de toda esta análise gerou-se uma prancha, contida no anexo A, com os blocos de coroamento, bem como as estacas que os compõem.
Em conjunto, desenvolveu-se um parecer técnico onde é descrito as tomadas de decisões em relação ao tipo de fundação adotada, e um memorial de cálculo, onde fez-se presente um passo a passo da execução, para determinar o número de estacas necessárias e suas características como diâmetro e profundidade para um pilar qualquer.
Durante o projeto não foi abordado o tema recalques, por se tratar de um solo argilo siltoso de dureza média à dura.
O projeto foi representado de forma acessível, com detalhamentos acerca do diâmetro de cada estaca e das suas respectivas profundidades, se preocupando sempre em facilitar a interpretação do pessoal de campo no momento da execução.
54
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APÊNDICES
APÊNDICE A - Relatório Geotécnico
RELATÓRIO GEOTÉCNICO
Curitiba - Paraná Dezembro de 2017
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RELATÓRIO GEOTÉCNICO 1. INTRODUÇÃO
O presente relatório tem como objetivo principal apresentar, tanto aspectos gerais e específicos da rotina básica adotada no desenvolvimento de um projeto quanto breves orientações e/ou procedimentos destinados à sua boa construção. Nessa direção, estão relacionados os principais documentos utilizados, características da edificação, terreno e subsolo de interesse, perfis de investigação, cálculos geotécnicos e quantidades provenientes do lançamento proposto.
Este parecer técnico traz os estudos realizados para a caracterização do subsolo, que tem como finalidade definir as condições de implantação do prédio e as condições da fundação. Além de descrever os cálculos realizados para o dimensionamento dos elementos de fundação, bem como o croqui final da disposição dos mesmos.
2. DOCUMENTOS CONSULTADOS
Os documentos consultados para a elaboração do projeto geotécnico de fundação foram:
● Projeto Topográfico;
● Projeto Estrutural - Planta de Locação e Carga dos Pilares; ● Relatório de Investigação Geotécnica - Sondagens à Percussão.
3. DESCRIÇÃO DO EDIFÍCIO
Edifício de habitação coletiva em estrutura convencional de concreto armado, área total construída de 3600 m2 e seis pavimentos, sendo um subsolo.
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3.1 DESCRIÇÃO DO TERRENO DE IMPLANTAÇÃO
O terreno estudado possui um desnível de 3% em relação ao fundo, uma área de 3600m², no qual 1280m² serão utilizadas para a implantação do prédio. Ao entorno da edificação não há restrições de qualquer natureza em suas divisas.
3.2 DESCRIÇÃO DO SUBSOLO
A partir dos estudos de sondagem foi verificado a existência de um solo predominantemente argilo siltoso que possui uma espessura constante de 10 m até o limite impenetrável das sondagens à percussão.
Posições estáticas do lençol freático foram encontradas na profundidade de 2,10 m, com níveis variando entre 0,4 m e 0,7 m, todos acima do nível de escavação do subsolo.
4. FUNDAÇÃO DA ESTRUTURA
4.1 PARECER TÉCNICO
Com base nos dimensionamentos para definição da capacidade de carga por interação solo/estaca, associado a intensidade dos carregamentos e a proximidade em que se encontram os pilares, utiliza elementos de fundação profunda tipo estaca.
4.2 SOLUÇÃO ADOTADA
Este relatório técnico contempla uma solução em estacas escavadas, visto que o solo da obra em questão se trata de um solo argilo siltoso e que o projeto do edifício apresenta, em alguns pilares, grandes cargas.
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4.3 ESTACAS ESCAVADAS NÃO CONFINADAS
4.3.1 MÉTODO EXECUTIVO BÁSICO
A execução deste método segue os seguintes passos: ● Nivelamento da plataforma de perfuração;
● Locação das estacas; ● Execução do pré-furo; ● Realocação da estaca;
● Perfuração, medida entre o nível do terreno e o nível da ponta da estaca; ● Limpeza do fundo;
● Concretagem até 2,5 metros de profundidade abaixo da cota de arrasamento prevista;
● Inserção da armadura;
● Concretagem do trecho final, com 5 centímetros acima da cota de arrasamento prevista;
● Colocação de areia grossa sobre a cabeça da estaca.
As cotas de arrasamento dependem de alguns parâmetros definidos no projeto estrutural.
4.3.2 NOTAS E RECOMENDAÇÕES PARA EXECUÇÃO
Apesar de um procedimento simples, é de suma importância que o processo de perfuração tenha o acompanhamento de um responsável técnico, e também, que se tenha alguns cuidados, tais como:
● É indicado que seja feita uma verificação prévia da locação dos piquetes demarcados para perfuração.
● No momento da cravação é necessário verificar o alinhamento do trado para evitar uma possível inclinação do mesmo.
● É recomendado que seja feito uma averiguação no momento da perfuração, se o trado utilizado possui diâmetro correspondente ao determinado em projeto.
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● Durante o manuseio da máquina, é necessário ater-se aos piquetes de locação referentes a perfuração, para que estes não se percam em meio ao terreno, caso isso ocorra, é imprescindível contactar a equipe topográfica responsável.
4.4 BLOCOS DE COROAMENTO SOBRE ESTACAS
4.4.1 MÉTODO EXECUTIVO BÁSICO
● Escavação, escoramento quando necessário, e nivelamento do terreno no fundo da cava.
● Arrasamento das estacas com corte mínimo de 5 cm.
● Imediata raspagem, limpeza final e lançamento do concreto magro de lastro em toda a área de fundo da cava do bloco, com espessura mínima de 5 cm. ● Montagem da forma, armadura, limpeza final e concretagem.
● Desenforma somente após a cura do concreto estrutural. ● Reaterro compactado, em camadas de 25 cm no máximo.
5. ENSAIOS DE CAMPO
Para a caracterização geotécnica do terreno foram executados ensaios de campo à percussão do tipo SPT em conformidade com a NBR 6484
5.1 QUANTO AO CROQUI DE LOCALIZAÇÃO DOS FUROS
O croqui a seguir apresentado (Figura 12) sem escala regular, tem a função de identificar os furos de sondagem executados no terreno.
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Figura 12 - Croqui com a locação dos furos para sondagem do terreno
5.2 SONDAGEM DE SIMPLES RECONHECIMENTO
Para a caracterização do solo do terreno foram feitos três ensaios de sondagem do tipo SPT, que resultou nos seguintes documentos:
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