VICTOR DIEGO DE FRANÇA BRAGA
ESTUDO DOS TIPOS DE FUNDAÇÕES DE EDIFÍCIOS DE MÚLTIPLOS PAVIMENTOS NA REGIÃO METROPOLITANA DE FORTALEZA
FORTALEZA 2009
VICTOR DIEGO DE FRANÇA BRAGA
ESTUDO DOS TIPOS DE FUNDAÇÕES DE EDIFÍCIOS DE MÚLTIPLOS PAVIMENTOS NA REGIÃO METROPOLITANA DE FORTALEZA
Monografia submetida à Coordenação do Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil.
Orientador: Prof. Dr. Alexandre Araújo Bertini
FORTALEZA 2009
VICTOR DIEGO DE FRANÇA BRAGA
ESTUDO DOS TIPOS DE FUNDAÇÕES DE EDIFÍCIOS DE MÚLTIPLOS PAVIMENTOS NA REGIÃO METROPOLITANA DE FORTALEZA
Monografia submetida à Coordenação do Curso de Engenharia Civil, da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para a obtenção do grau de Engenheiro Civil.
Aprovada em _____/_____/______
BANCA EXAMINADORA
_______________________________________________________ Prof. Dr. Alexandre Araújo Bertini (Orientador)
Universidade Federal do Ceará - UFC
_______________________________________________________ Prof. MSc. Aldo de Almeida Oliveira
Universidade Federal do Ceará - UFC
________________________________________________________ Prof. MSc. Ricardo Marinho de Carvalho
À minha mãe, Maria Diomédia de França, pelo exemplo de caráter e por tudo aquilo que me proporcionou.
AGRADECIMENTOS
A Deus, por iluminar minha mente nos momentos mais difíceis e por me proteger, diariamente, dos riscos eminentes na corrida da vida.
Ao meu orientador, professor Alexandre Araújo Bertini, pelo fornecimento dos relatórios de seus alunos e que foram fundamentais para a realização deste trabalho.
À professora Tereza Denyse Pereira de Araújo, pelas sugestões dadas durante a realização da pesquisa.
Ao engenheiro e professor Hugo Alcântara Mota, pelo exemplo de profissional dedicado à Engenharia Civil.
Ao engenheiro e professor Antônio Nunes de Miranda, pelas valiosas explicações fornecidas.
Ao engenheiro Antônio José Nóbrega Júnior, pelos esclarecimentos relevantes para este trabalho.
À minha namorada, Lariza Cristina Maia Lima, pela paciência, compreensão e amor dedicados ao longo destes cinco anos.
Aos meus amigos, pelo incentivo e por todo apoio dados durante as longas horas extras do curso.
E aos demais que, de uma forma ou de outra, contribuíram para a realização desta monografia.
O talento educa-se na calma, o caráter no tumulto da vida.
RESUMO
A partir do conhecimento sobre a evolução da engenharia de fundações no Brasil, é possível compreender as técnicas atualmente utilizadas na Região Metropolitana de Fortaleza (RMF). Dada a contextualização histórica do problema, surgem os principais questionamentos: quais foram os tipos de fundações realizadas nas primeiras edificações da cidade de Fortaleza, quais são os tipos de fundações que vêm sendo executadas nos edifícios de múltiplos pavimentos desta metrópole e quais são os fatores que determinam a adoção do tipo a ser empregado. Partindo-se destes questionamentos, pretende-se responder estas indagações, contribuindo para a comunidade acadêmica como um material disponível para futuras consultas àqueles que se interessarem pelo tema. Assim, após a realização de uma pesquisa bibliográfica, foi possível compreender as investigações geotécnicas de campo, os tipos de fundações de acordo com a classificação da NBR 6122 (ABNT, 1996), e os seus diversos processos executivos, ressaltando as vantagens e desvantagens das fundações profundas e os fatores que determinam a escolha da solução a ser adotada. Em seguida, fez-se uma caracterização da RMF quanto à geologia e às características geotécnicas, destacando o histórico das fundações executadas na capital. Com base nos relatórios de alunos da disciplina de Projeto e Construção de Edifícios, do curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Ceará, foi feito um levantamento das obras realizadas nos últimos cinco anos nesta região e, a partir dos resultados expostos, concluiu-se que a estaca raiz é o tipo de fundação mais utilizada nos edifícios de múltiplos pavimentos localizados na RMF.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 – Arquitetura romana... 2
Figura 2.1 – Tripé empregado na execução do ensaio SPT... 8
Figura 2.2 – Sapata isolada com dimensões na vista em planta e na vista em perfil... 10
Figura 2.3 – Radier em perspectiva... 11
Figura 2.4 – Viga de fundação em perspectiva... 11
Figura 2.5 – Bloco em perspectiva... 12
Figura 2.6 – Mecanismo de resistência da fundação profunda...13
Figura 2.7 – Escavação a céu aberto para execução de fundação superficial...13
Figura 2.8 – Execução de lastro de concreto magro...14
Figura 2.9 – Colocação das formas e armaduras da fundação...14
Figura 2.10 – Concretagem do elemento de fundação...15
Figura 2.11 – Reaterro da vala de escavação... 15
Figura 2.12 – Fundações superficiais assentes em cotas diferentes...15
Figura 2.13 – Detalhe de sapata isolada concretada... 16
Figura 2.14 – Detalhe de bloco de fundação concretado... 16
Figura 2.15 – Processo executivo da estaca Franki... 18
Figura 2.16 – Execução de estaca tipo broca... 19
Figura 2.17 – Execução das estacas tipo Strauss com cravação da piteira... 20
Figura 2.18 – Equipamento para execução de estaca escavada mecanicamente com trado helicoidal... 21
Figura 2.19 – Fases de execução das estacas do tipo hélice contínua... 22
Figura 2.20 – Equipamento para execução de estaca tipo hélice contínua... 24
Figura 2.21 – Etapas de execução das estacas raiz... 25
Figura 2.22 – Execução de estaca raiz... 26
Figura 2.23 – Estacas metálicas com diferentes seções transversais... 27
Figura 2.24 – Soldagem dos perfis de estaca metálica... 27
Figura 2.25 – Estacas de pré-moldadas de concreto com diferentes seções transversais ...28
Figura 2.26 – Tubulão a céu aberto em perspectiva e corte longitudinal... 29
Figura 2.27 – Execução de tubulão a ar comprimido com camisa de concreto... 30
Figura 3.1 – Mapa da Região Metropolitana de Fortaleza... 32
Figura 3.3 – Mapa de situação das Secretarias Executivas de Fortaleza... 34
Figura 3.4 – Esboço geológico da Região Metropolitana de Fortaleza... 35
Figura 3.5 – Corte da direção norte-sul... 36
Figura 3.6 – Horizontes dos solos das regiões cristalinas... 38
Figura 3.7 – Leito conglomerático da Formação Barreiras... 38
Figura 5.1 – Mapa geral de localização das obras pesquisadas... 46
Figura 5.2 – Distribuição das obras pesquisadas na Região Metropolitana de Fortaleza... 47
Figura 5.3 – Distribuição das obras pesquisadas na cidade de Fortaleza... 47
Figura 5.4 – Distribuição das obras pesquisadas na área da SER II... 48
Figura 5.5 – Distribuição das obras pesquisadas na área da SER IV... 48
Figura 5.6 – Distribuição das obras pesquisadas na área da SER VI... 49
Figura 5.7 – Identificação geral dos tipos de fundações executadas na RMF... 49
Figura 5.8 – Tipos de fundações diretas executadas na RMF...50
Figura 5.9 – Tipos de fundações profundas executadas na RMF... 50
Figura 5.10 – Identificação detalhada dos tipos de fundações executadas na RMF... 51
Figura 5.11 – Identificação das faixas por número de pavimentos na RMF... 51
Figura 5.12 – Tipos de fundações executadas na faixa de 3 a 10 pavimentos na RMF... 52
Figura 5.13 – Tipos de fundações executadas na faixa de 11 a 20 pavimentos na RMF... 52
Figura 5.14 - Tipos de fundações executadas na faixa de 21 a 32 pavimentos na RMF... 53
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 – Principais equipamentos para investigações de campo em uso no Nordeste...9
Tabela 4.1 – Levantamento de obras visitadas no ano de 2005... 42
Tabela 4.2 – Levantamento de obras visitadas no ano de 2006... 43
Tabela 4.3 – Levantamento de obras visitadas no ano de 2007... 44
Tabela 4.4 – Levantamento de obras visitadas no ano de 2008... 44
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 1 1.1 Contexto histórico... 1 1.2 Justificativa... 3 1.3 Objetivos... 4 1.4 Metodologia... 5 1.5 Estrutura do trabalho... 6 2 FUNDAÇÕES... 7 2.1 Investigações geotécnicas... 7 2.2 Tipos de fundações... 10
2.2.1 Fundações diretas ou superficiais... 10
2.2.2 Fundações profundas... 12
2.3 Processo executivo de fundações superficiais... 13
2.4 Processos executivos de fundações profundas... 17
2.4.1 Estacas tipo Franki... 17
2.4.2 Estacas tipo broca... 19
2.4.3 Estacas tipo Strauss... 19
2.4.4 Estacas escavadas mecanicamente com trado helicoidal... 21
2.4.5 Estacas tipo hélice contínua... 22
2.4.6 Estacas raiz...24
2.4.7 Estacas pré-moldadas... 26
2.4.8 Tubulões... 28
2.5 Escolha do tipo de fundação... 30
3 CARACTERIZAÇÃO DA REGIÃO METROPOLITANA DE FORTALEZA... 32
3.1 Características gerais... 32
3.2 Geologia... 35
3.3 Características geotécnicas... 37
3.4 Histórico de fundações da cidade de Fortaleza... 40
4 APRESENTAÇÃO DOS DADOS COLETADOS... 42
6 CONCLUSÕES E SUGESTÕES... 54 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 56 ANEXO – EXEMPLO DE PERFIL INDIVIDUAL DE SONDAGEM... 58
1 INTRODUÇÃO
1.1 Contexto histórico
A evolução da engenharia de fundações confunde-se com a própria evolução da engenharia geotécnica (área que engloba os conhecimentos de fundações, barragens, obras de contenção e mecânica dos solos). De um modo geral, a história da engenharia geotécnica remonta aos primórdios da civilização humana, expressando os anseios do homem de adequar o meio em que habita às suas necessidades.
Desde a Pré-história, ainda que sejam simples, já se têm relatos de obras realizadas pelo homem. De acordo com Nápoles Neto (1998), no período Paleolítico, o homem abrigava-se em cavernas rochosas ou em abrigos subterrâneos improvisados para proteger-se dos animais e das intempéries. Estes abrigos eram obtidos a partir de escavações verticais de até 2,0 metros de profundidade, o que já demonstrava alguma noção em estabilidade dos solos. No período Neolítico, com o advento da pedra lascada, o homem passou a trabalhar de forma rudimentar a madeira, construindo suas primeiras habitações sobre estacas de madeira, as palafitas, em regiões inundáveis. Cabanas de pedra eram feitas nos locais onde havia escassez de madeira.
A descoberta dos metais promoveu um grande salto no desenvolvimento e na evolução do homem, pois podia fabricar ferramentas mais eficientes, o que permitiu escavar o solo e aperfeiçoar as técnicas construtivas, tornando possível a construção de obras de maior porte. No período dos antigos impérios do Oriente Próximo, o tijolo cerâmico e a pedra eram os materiais de construção mais utilizados na Mesopotâmia e no Egito, respectivamente. Sendo esses materiais mais pesados que a madeira, foram desenvolvidas novas técnicas de fundação por conta dos inúmeros problemas verificados nos terrenos. Obras como castelos, palácios, templos, dentre outras, eram assentadas sobre fundações arrumadas com restos de outras estruturas, misturadas ao solo e convenientemente compactadas. Assim, as construções eram erguidas uma sobre as outras sucessivamente (NÁPOLES NETO, 1998).
Durante a Idade Clássica, as construções gregas caracterizavam-se pelo belo aspecto arquitetônico, com grandes pórticos e colunas em seus palácios e templos (Figura 1.1). Contudo, essas obras concentravam cargas nas fundações, que passaram a ser feitas de blocos superpostos em uma ou duas camadas. As fundações das construções gregas de menor porte eram basicamente constituídas por sapatas isoladas. Quando havia terrenos fracos, os
gregos detinham a técnica de melhoria do solo, misturando cinzas de carvão, calcário mole ou pedregulho ao solo e, em seguida, realizando a compactação. Diferentemente dos gregos, os romanos contribuíram significativamente para o desenvolvimento das técnicas construtivas de fundações. O uso da técnica de construção em arcos pelos romanos permitiu a realização de obras de maiores dimensões e mais pesadas do que aquelas executadas pelos gregos, necessitando, portanto, de fundações mais resistentes e eficientes. O destaque da execução de fundações pelos romanos era o uso de um concreto romano, preparado a partir da mistura de pozolana com calcário e daí, pela adição de pedaços de pedra ou de tijolos cozidos (NÁPOLES NETO, 1998).
Na Idade Média, foram realizados poucos avanços em relação às técnicas construtivas de fundações. Entretanto, com o crescente uso de estacas de madeira, pode ser citada a invenção do bate-estaca por Francesco di Giorgio, em 1450, bastante próximo do bate-estaca moderno (NÁPOLES NETO, 1998).
Na Idade Moderna, o Renascimento proporcionou grande desenvolvimento científico, destacando os diversos projetos de aperfeiçoamento do bate-estaca por Leonardo da Vinci. A partir do século XVIII, com o conhecimento até então acumulado, surgiram diversas teorias, tais como, as leis de atrito e de coesão de Charles Coulomb (1776), o estado de tensão dos solos de William Rankine (1845), a percolação d’água nas areias por Henri Darcy (1856) e os estudos de adensamento e consolidação das argilas por Karl Terzaghi (1925), considerado o pai da Mecânica dos Solos (NÁPOLES NETO, 1998).
No Brasil, existem poucos registros sobre as primeiras obras de fundações utilizadas. Segundo Vargas (1998, p. 34), sabe-se através de documentos localizados no Mosteiro de São Bento, no Rio de Janeiro, que havia “a tradição dos alicerces das obras comuns constituídos por pedras socadas em valas escavadas ao longo das paredes” nas
construções do período colonial. Já no período do Império, a grande atividade da engenharia era a construção de estradas de ferro, que utilizavam fundações em blocos, provavelmente de alvenaria de pedra, em cavas abertas no terreno firme.
Com o aprimoramento das técnicas de fundações, grandes edificações passaram a ser construídas no Rio de Janeiro, São Paulo, Recife e Manaus como, por exemplo, o Teatro Amazonas, construído entre 1884 e 1896. Aquele tipo de alicerce de pedras, citado nos documentos do Mosteiro de São Bento, deu lugar às sapatas e blocos de alvenaria de tijolos ou de pedra, sobre solos apiloados e, pelo menos, em cavas com 1,0 m de profundidade (VARGAS, 1998).
No início do século XX e com o advento do concreto armado, foram construídos os primeiros edifícios no Rio de Janeiro e em São Paulo. Porém, não há registros sobre os tipos de fundações utilizadas. As informações mais precisas sobre fundações de edifícios surgem a partir de 1930, quando os edifícios construídos em concreto armado já se apoiavam sobre fundações diretas, do tipo sapatas de concreto armado ou blocos de concreto simples. Nas situações em que eram utilizadas fundações profundas, optava-se pelo uso de estacas de madeira ou estacas pré-moldadas de concreto armado (VARGAS, 1998).
De acordo com Gusmão Filho (2005), quanto à região Nordeste do Brasil, destaca-se o pioneirismo da cidade do Recife, através da sua importância histórica na região, com registros de obras de fundações sobre o Forte das Cinco Pontas (1633) e do Teatro Santa Isabel (1840), sendo que este foi erguido sobre fundações de pedra argamassada com cal e assente em terreno de areia média e fofa, material comum nos aterros antigos do Recife. Por conta da forte presença de depósitos de argila mole orgânica na cidade, foram crescentes os avanços tecnológicos com o uso de fundações profundas, destacando-se o emprego da estaca Strauss como o primeiro tipo de estaca usada no Nordeste.
1.2 Justificativa
Diante da contextualização do tema no mundo, no Brasil e no Nordeste brasileiro, surge o seguinte questionamento sobre a problemática da pesquisa:
• Quais são os tipos de fundações que vêm sendo utilizadas nos edifícios da Região Metropolitana de Fortaleza?
Assim, através desta pesquisa pretende-se obter respostas para esta pergunta, além de conseguir informações sobre: as investigações geotécnicas, os processos executivos de fundações, os fatores que determinam a escolha do tipo de fundação, as vantagens e desvantagens de cada tipo e o histórico de fundações executadas na cidade de Fortaleza.
Espera-se, dessa forma, desenvolver um material amplo, interessante e que seja útil à comunidade acadêmica e à sociedade em geral, servindo-lhes para futuras consultas sobre as fundações empregadas na Região Metropolitana de Fortaleza.
1.3 Objetivos
O objetivo geral consiste em investigar os tipos de fundações utilizadas nos edifícios de múltiplos pavimentos, residenciais ou comerciais, na Região Metropolitana de Fortaleza (RMF), executadas no período entre 2005 e 2009.
Para atingir o objetivo geral, é necessário que os objetivos específicos sejam alcançados. Assim, podem ser citados como objetivos específicos:
• Apresentar os processos executivos de fundações superficiais e profundas; • Apresentar as vantagens e desvantagens dos diversos processos executivos de
fundações profundas;
• Investigar os fatores que influenciam a escolha do tipo de fundação; • Identificar os tipos de solos existentes na RMF;
• Identificar as características geotécnicas destes solos e que influenciam os projetos e a execução de fundações de edifícios;
• Obter informações sobre os tipos de fundações realizadas nas primeiras edificações de Fortaleza;
• E levantar quantitativamente os tipos de fundações executadas nos últimos cinco anos na RMF.
1.4 Metodologia
A metodologia desenvolvida para realização deste trabalho consistiu em fazer, primeiramente, um levantamento da literatura existente sobre os diversos tipos de investigações geotécnicas de campo. Foram pesquisadas informações sobre os tipos de fundações, superficiais e profundas, bem como os seus processos executivos, expondo as principais vantagens e desvantagens de cada processo de execução das fundações profundas, obtidas através da NBR 6122 (ABNT, 1996), de livros e de artigos técnicos que tratam dos assuntos.
Através de visitas a alguns canteiros de obras, em Fortaleza, foi possível acompanhar a execução das suas fundações, além de verificar, em campo, as vantagens e desvantagens dos tipos de fundações realizadas.
Posteriormente, pesquisou-se sobre as características gerais da área escolhida para o estudo deste trabalho, a Região Metropolitana de Fortaleza (RMF), destacando as informações sobre a geografia da região e sobre os dados gerais quanto à economia e à divisão política, em especial da cidade de Fortaleza. Foram pesquisadas informações quanto às características geológicas e geotécnicas dos solos encontrados na RMF e que influenciam no projeto de execução das fundações de edifícios.
Em seguida, realizou-se a coleta de dados sobre os tipos de fundações executadas nos edifícios de múltiplos pavimentos localizados na RMF, e que tenham sido construídos nos últimos cinco anos. Estes dados foram obtidos através de trabalhos, em grupo, de alunos da disciplina de Projeto e Construção de Edifícios, ministrada pelos professores Alexandre Araújo Bertini e Ricardo Marinho de Carvalho, do curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Ceará.
Foram consideradas, ao todo, 107 obras distintas, constituídas por edificações residenciais e comerciais a partir de três pavimentos. As obras foram agrupadas conforme o ano em que foram estudadas pelos alunos do curso de Engenharia Civil, tendo o cuidado de não repeti-las na apresentação dos dados. Com o uso do software Microsoft Excel, estes dados foram analisados e organizados em planilhas, nas quais as obras foram indicadas por números, que variam de 1 a 107, localização, número de pavimentos e tipo de fundação executada.
Embora, em algumas obras, tenham sido utilizados mais de um tipo de fundação, para os interesses desta pesquisa foi considerado apenas o tipo principal, correspondente àquele que foi executado no edifício.
Como resultado da pesquisa realizada, os dados presentes nas planilhas foram agrupados sob a forma de gráficos, também através do Microsoft Excel.
Além disso, foram realizadas entrevistas com os engenheiros civis Antônio José Nóbrega Júnior, situação na qual foram obtidas informações quanto aos fatores que são considerados na escolha do tipo de fundação, Hugo Alcântara Mota e Antônio Nunes de Miranda, com quem foram obtidas as explicações sobre o histórico das fundações utilizadas na cidade de Fortaleza.
1.5 Estrutura do trabalho
Este trabalho encontra-se dividido em seis capítulos, sendo o primeiro correspondente a esta introdução que trata da contextualização do problema, da justificativa, dos objetivos e da metodologia utilizada. O segundo capítulo aborda as investigações geotécnicas, os tipos de fundações e os seus processos executivos, bem como as vantagens e desvantagens de cada tipo de fundação profunda, ressaltando os fatores que determinam a escolha mais apropriada. O terceiro refere-se à caracterização da Região Metropolitana de Fortaleza, quanto aos seus aspectos gerais, à sua geologia e às suas características geotécnicas, além de apresentar o histórico de fundações realizadas na cidade de Fortaleza. No quarto capítulo são divulgados os dados coletados na pesquisa através de tabelas. No quinto, por meio de gráficos, são apresentados os resultados e a discussão. As conclusões e sugestões são abordadas no sexto e último capítulo, seguidas pelas referências bibliográficas que sustentam os fundamentos desta pesquisa. Ao final do trabalho, é disponibilizado um exemplo de perfil de sondagem.
2 FUNDAÇÕES
2.1 Investigações geotécnicas
Segundo Quaresma et al. (1998), para elaboração de projetos de fundações é preciso conhecer de forma adequada o solo, ou seja, identificar e classificar as diversas camadas que o compõem. Isso pode ser obtido através de ensaios de investigação (ou prospecção) geotécnica, classificados em: ensaios de laboratório e ensaios de campo.
Na prática, há predominância na realização de ensaios de campo, podendo-se destacar:
• O Standard Penetration Test (SPT); • O ensaio de sondagem rotativa;
• O ensaio de penetração de cone (CPT);
• O ensaio de penetração de cone com medida das pressões neutras ou piezocone (CPT-U);
• O ensaio de palheta (Vane Test); • Pressiômetros (PMT);
• O dilatômetro de Marchetti (DMT);
• Os ensaios de carregamento de placa ou provas de carga;
• E os ensaios geofísicos como, por exemplo, o ensaio de Cross-Hole.
Em situações nas quais se quer uma análise detalhada do solo, recomenda-se a realização dos ensaios de CPT ou CPT-U. A sondagem rotativa é recomendada quando se atinge um estrato rochoso, matacão ou solos impenetráveis à percussão. Para a determinação da resistência ao cisalhamento dos depósitos de argila mole, recomenda-se a realização do ensaio de palheta, conhecido também por Vane Test. Já os ensaios de provas de carga, bastante utilizados entre 1940 e 1960, estão em desuso atualmente. Contudo, o ensaio de campo mais executado no mundo e no Brasil é o SPT, que consiste numa sondagem de simples reconhecimento à percussão, na qual é possível medir a resistência do solo ao longo da profundidade perfurada (QUARESMA et al., 1998).
Os objetivos esperados ao realizar uma sondagem do tipo SPT são:
• Conhecer o tipo de solo atravessado, a partir da amostra obtida a cada metro perfurado;
• Obter a resistência pelo solo à cravação do amostrador padrão, obtida a cada metro perfurado;
• E durante a perfuração, localizar a posição do nível d’água.
A execução do ensaio SPT (Figura 2.1) consiste na cravação do amostrador padrão no fundo de uma escavação realizada, seja ela revestida ou não, através de quedas sucessivas do martelo de 65 kg, que cai de uma altura de 75 cm. O Índice de Resistência à Penetração (N) corresponde ao número de golpes do martelo que faz com que o amostrador padrão penetre 30 cm no solo, após a cravação inicial de 15 cm (QUARESMA et al., 1998).
Durante a realização do ensaio de penetração, amostras de solo devem ser coletadas a cada metro pelo amostrador padrão, a partir do primeiro metro de profundidade, ou quando houver mudança de material, para análise táctil-visual do material coletado, procedendo-se a medida do Índice N. A perfuração nos solos coesivos (argilas) e acima do nível d’água é feita por meio de trados. Nas situações em que os solos são do tipo
coesivos (areias) ou estão abaixo do nível d’água, ou mesmo porque a perfuração ficou muito profunda, a escavação é feita através da circulação de água (QUARESMA et al., 1998).
De acordo com Dantas Neto (2008), as vantagens deste ensaio com relação ao demais são: a simplicidade do equipamento, o seu baixo custo e a possibilidade de obter um valor numérico útil para realização dos projetos de fundações.
O ensaio SPT tem sido usado para muitas aplicações como “amostragem para identificação dos horizontes de solo, previsão da tensão admissível de fundações diretas em solos granulares e correlações com outras propriedades geomecânicas dos solos” (DANTAS NETO, 2008, p. 18).
Segundo Cavalcante e Bezerra (2005), o ensaio SPT é o método mais utilizado no Nordeste para analisar as características geotécnicas dos solos (Tabela 2.1). O Índice N, por muitas vezes, torna-se o único parâmetro considerado nos projetos de fundações da região. Além disso, é possível verificar, não apenas no Nordeste como em todo o Brasil, o descumprimento de alguns procedimentos quanto à execução do ensaio como, por exemplo, a falta de controle da altura de queda e do tamanho e peso do martelo. Conseqüentemente, essas condições podem influenciar a determinação do Índice N.
Tabela 2.1 – Principais equipamentos para investigações de campo em uso no Nordeste. Ensaio Quantidade de empresas que executam
Estado Quantidade Alagoas 3 Bahia 12 Ceará 12 Maranhão * Paraíba 3 Piauí * Pernambuco 13
Rio Grande do Norte 2
SPT 46
Sergipe 1
Demais tipos de ensaios de campo
PMT 1 ATECEL/UFCG
CPT/CPT-U 4 POLI/UFBA, LSI/UFPE, UFC, UFCG
DMT 1 LSI/UFPE
Palheta (Vane Test) 3 POLI/UFBA, LSI/UFPE, UFS * = Informação não disponibilizada.
2.2 Tipos de fundações
Segundo Azeredo (1997), as fundações de um edifício são elementos estruturais com a finalidade de transmitir ao terreno as cargas provenientes da estrutura (carregamento próprio e sobrecarga).
De acordo com a NBR 6122 (ABNT, 1996), as fundações são dividas em duas categorias: as fundações diretas ou superficiais e as fundações profundas.
2.2.1 Fundações diretas ou superficiais
As fundações diretas ou superficiais são aquelas em que a carga é transmitida ao solo, predominantemente pelas tensões distribuídas sob a base do elemento estrutural de fundação. A NBR 6122 (ABNT, 1996) afirma ainda que a profundidade de assentamento de uma fundação superficial em relação ao terreno adjacente deve ser inferior a duas vezes a menor dimensão, em planta, do elemento estrutural. Enquadram-se nesta definição:
• Sapata isolada (Figura 2.2): é um elemento de concreto armado dimensionado de tal maneira que as tensões de tração geradas não sejam resistidas pelo concreto, mas sim pelo uso do aço. A base apresenta-se, geralmente, em planta, de forma quadrada, retangular ou trapezoidal;
(a) Sapata isolada - planta (b) Sapata isolada - perfil
Figura 2.2 – Sapata isolada com dimensões na vista em planta e na vista em perfil (Fonte: DANTAS NETO, 2008).
• Sapata associada: corresponde a uma sapata comum a vários pilares cujos centros de gravidade não estejam situados no mesmo alinhamento;
• Sapata corrida: é uma sapata sujeita à ação de uma carga distribuída linearmente;
• Radier (Figura 2.3): corresponde a uma fundação superficial que abrange todos os pilares da obra ou carregamentos distribuídos;
Figura 2.3 – Radier em perspectiva (Fonte: ABCP, s.d.).
• Viga de fundação (Figura 2.4): é um elemento de fundação comum a vários pilares cujos centros de gravidade, em planta, estejam situados no mesmo alinhamento;
• Bloco (Figura 2.5): elemento de concreto simples, dimensionado de forma que as tensões de tração geradas sejam resistidas unicamente pelo concreto. Apresenta-se, em planta, com seção quadrada ou retangular.
Figura 2.5 – Bloco em perspectiva (Fonte: ABCP, s.d.).
2.2.2 Fundações profundas
Segundo a NBR 6122 (ABNT, 1996), as fundações profundas são aquelas em que a carga é transmitida ao terreno pela sua base (resistência de ponta), por sua superfície lateral, também denominada de fuste (resistência lateral), ou por uma combinação destas (Figura 2.6), estando assente a uma profundidade superior ao dobro da sua menor dimensão em planta, ou de no mínimo 3 metros. Enquadram-se nesta definição:
• Tubulões: são elementos de fundação em que a carga é transmitida pela base (resistência de ponta), havendo descida de operário na escavação realizada pelo menos na fase final de execução;
• Estacas: são elementos de fundação executadas inteiramente por ferramentas ou equipamentos, não ocorrendo descida de operário em qualquer de suas fases de execução;
• Caixões: são elementos de fundação de forma prismática, concretados na superfície e inseridos no terreno por meio de escavação interna.
Figura 2.6 – Mecanismo de resistência da fundação profunda (Fonte: RODRIGUES, s.d.).
2.3 Processo executivo de fundações superficiais
O procedimento para execução de fundações superficiais é comum a todos os seus tipos, exceto quanto ao bloco por não utilizar armadura de aço.
Deve-se realizar, primeiramente, a escavação a céu aberto (Figura 2.7), podendo-se fazer inclinação de talude de 1:2 (horizontal: vertical) ou outra, dependendo da estabilidade do terreno. A escavação deve ser feita de tal forma que permita a execução do elemento de fundação nas dimensões e cotas previstas no projeto.
Porém, a NBR 6122 (ABNT, 1996) recomenda que o elemento de fundação esteja assentado a uma profundidade mínima de 1,50 m, exceto se houver a presença de rocha. É importante, também, que se faça um espaço de 50 cm em volta das dimensões da base para facilitar os trabalhos dos operários na vala.
Em seguida, executa-se um lastro de concreto magro (Figura 2.8) com espessura de 5,0 cm, inclusive nas laterais da base com medida de 50 cm.
Figura 2.8 – Execução de lastro de concreto magro (Fonte: DANTAS NETO, 2008).
A partir daí, são colocadas as formas e as armaduras (Figura 2.9), exceto nos blocos, conforme projeto de estrutura de fundação, e posteriormente faz-se a concretagem do elemento de fundação (Figura 2.10).
Figura 2.10 – Concretagem do elemento de fundação (Fonte: DANTAS NETO, 2008).
Após a etapa de concretagem e cura do concreto, faz-se o reaterro da vala de escavação (Figura 2.11), tomando-se o cuidado de compactar o material de reaterro, como forma de prevenir possíveis recalques por acomodação do material utilizado.
Figura 2.11 – Reaterro da vala de escavação (Fonte: DANTAS NETO, 2008).
A NBR 6122 (ABNT, 1996) também recomenda que, numa situação na qual existam duas fundações vizinhas assentadas em cotas diferentes (Figura 2.12), a fundação situada em cota de maior profundidade seja executada em primeiro lugar, a menos que sejam tomados cuidados especiais.
Na Figura 2.13, obtida numa visita a um canteiro de obras localizado no Campus do Pici, em Fortaleza, é possível visualizar uma sapata isolada após a etapa de concretagem.
Figura 2.13 – Detalhe de sapata isolada concretada.
Já na Figura 2.14, obtida na mesma visita ao canteiro de obras citado acima, é possível visualizar um bloco de fundação após a etapa de concretagem. Vale ressaltar que o bloco de fundação foi executado apenas com concreto simples (sem armaduras).
2.4 Processos executivos de fundações profundas
A seguir, são apresentados os processos executivos dos principais tipos de fundações profundas, bem como as vantagens e desvantagens oferecidas por cada um deles.
2.4.1 Estacas tipo Franki
De acordo com Maia (1998), a estaca tipo Franki é uma estaca de concreto armado moldada in loco, que usa um tubo de revestimento cravado com a ponta fechada por meio de uma bucha (mistura de areia e brita) e que, ao final da execução, é recuperado ao ser concretada a estaca.
As etapas de execução da estaca tipo Franki (Figura 2.15) são apresentadas a seguir:
• Etapa 1: corresponde ao posicionamento do tubo de revestimento e à formação da bucha, através de compactação pelo impacto do pilão;
• Etapa 2: corresponde à cravação do tubo no terreno, através dos golpes do pilão na bucha;
• Etapa 3: finalizada a cravação, prende-se o tubo ao bate-estacas e a bucha é então expulsa através dos golpes do pilão, dando início ao alargamento da base;
• Etapa 4: coloca-se, então, a armadura da estaca;
• Etapa 5: concreta-se o fuste com sucessivas camadas de pequena altura de concreto, recuperando o tubo com apiloamento das camadas;
• Etapa 6: corresponde à finalização do processo, concretando até 30 cm acima da cota de arrasamento.
Figura 2.15 – Processo executivo da estaca Franki (Fonte: MAIA, 1998).
A execução de uma estaca tipo Franki para ser bem sucedida depende “da observância ao método executivo, do uso de equipamentos adequados e de mão-de-obra especializada e experiente” (MAIA, 1998, p. 329).
A principal vantagem oferecida por este tipo de estaca é a grande capacidade de carga obtida pelo alargamento de sua base. Contudo, devido às características do processo executivo das estacas tipo Franki, estas não são recomendadas para obras situadas em áreas urbanas, pois as construções vizinhas podem não suportar as grandes vibrações produzidas, além de solos com presença de argila mole saturada, devido a possíveis problemas de estrangulamento do fuste (falha de concretagem da estaca ocasionada em solos moles). É preciso, também, que o terreno seja plano devido às limitações do bate-estaca (MAIA, 1998).
2.4.2 Estacas tipo broca
Segundo Falconi et al. (1998), a estaca tipo broca é usualmente escavada com trado tipo concha, manualmente, e sempre executada acima do nível d’água. Devido à perfuração manual, sua utilização é restrita a pequenas cargas, além de atingir profundidades na ordem de 6,0 m, sem garantia de verticalidade do furo.
Portanto, o processo executivo da estaca broca (Figura 2.16) consiste na perfuração com trado manual até a profundidade máxima de 6,0 m, com posterior concretagem in loco. As estacas tipo broca apresentam como principal vantagem o fato de não provocar vibrações durante a sua execução, nem necessitar de mão-de-obra e equipamentos especializados. Entretanto, têm como principal desvantagem a baixa capacidade de carga, além do fato de não poder ser executadas em terrenos com nível d’água, principalmente em solos arenosos, ou em solos com presença de argila mole saturada, devido ao risco de estrangulamento do fuste.
Figura 2.16 – Execução de estaca tipo broca (Fonte: DANTAS NETO, 2008).
2.4.3 Estacas tipo Strauss
Segundo Falconi et al. (1998), a estaca tipo Strauss é executada através do uso de guincho acoplado a um motor, de soquete de 300 kg, de tripé e de tubulações e cabos de aço, além de uma piteira (Figura 2.17), que corresponde a um tipo de sonda mecânica que promove a retirada de solo durante a perfuração, com uso parcial ou total de revestimento recuperável.
Figura 2.17 – Execução das estacas tipo Strauss com cravação da piteira (Fonte: DANTAS NETO, 2008).
Posteriormente, é realizada a concretagem in loco, podendo as estacas tipo Strauss ser armadas (armaduras longitudinais com estribos helicoidais) ou não-armadas. Neste último caso, ao final do processo, são colocados os aços de espera para amarração aos blocos ou baldrames, com o concreto ainda fresco, deixando-os acima da cota de arrasamento (FALCONI et al., 1998).
Dentre as vantagens oferecidas pela execução das estacas tipo Strauss, podem ser citadas:
• Leveza e simplicidade do equipamento, o que possibilita a sua utilização em locais confinados, em terrenos acidentados ou ainda no interior de construções existentes, com pé direito reduzido;
• O processo executivo não causa vibrações que poderiam causar danos nas edificações vizinhas;
• Permite realizar comparação com a sondagem à percussão, devido à constatação das diversas camadas do solo durante o processo executivo.
Contudo, como desvantagem, não é recomendável seu uso em terrenos com presença de nível d’água ou com argila mole saturada, devido ao risco de estrangulamento do fuste.
2.4.4 Estacas escavadas mecanicamente com trado helicoidal
Corresponde a um tipo de estaca escavada no terreno com o auxílio de um trado helicoidal mecânico (Figura 2.18).
Figura 2.18 – Equipamento para execução de estaca escavada mecanicamente com trado helicoidal (Fonte: DANTAS NETO, 2008).
De acordo com Falconi (1998), seu processo executivo é constituído das seguintes etapas:
• Etapa 1: instalação, nivelamento e posicionamento do trado;
• Etapa 2: perfuração do solo com o uso da haste helicoidal até a cota desejada; • Etapa 3: remoção da haste, fazendo-a girar no sentido contrário ao da
perfuração a cada 2,0 m;
• Etapa 4: apiloamento do furo com soquete de concreto; • Etapa 5: concretagem do furo;
• Etapa 6: vibração do concreto nos 2,0 m superiores da estaca;
• Etapa 7: colocação da armadura, deixando 50 cm acima da cota de arrasamento.
A utilização deste tipo de estaca oferece como vantagens: • A grande mobilidade, versatilidade e produtividade; • Não produz vibração no terreno;
• Permite realizar a amostragem do solo escavado.
Contudo, como desvantagens, a execução deste tipo de estaca é limitada pelo nível d’água e pela presença de solos com argila mole saturada, devido ao risco de estrangulamento do fuste.
2.4.5 Estacas tipo hélice contínua
Segundo Antunes e Tarozzo (1998), a estaca tipo hélice contínua é um exemplo de fundação profunda por concreto moldado in loco e executada com trado helicoidal contínuo e com injeção de concreto através da haste central do trado, que por meio do monitoramento contínuo da pressão proporciona a retirada simultânea da haste enquanto é realizada a concretagem do fuste.
O processo executivo da estaca tipo hélice contínua é dividido em três etapas (Figura 2.19):
• Etapa A (perfuração): corresponde a cravação do trado helicoidal contínuo até a cota especificada em projeto;
• Etapa B (concretagem): bombeia-se o concreto pela haste, de maneira a preencher o vazio deixado pela hélice, que é retirada simultaneamente à concretagem;
• Etapa C (armadura): consiste na colocação de armaduras após a concretagem; De acordo com Antunes e Tarozzo (1998), as principais vantagens do processo executivos deste tipo de estaca são:
• A elevada produtividade, promovida pela versatilidade do equipamento, que conseqüentemente gera economia devido à redução do cronograma de obra; • Adaptabilidade na maioria dos tipos de terreno, exceto quando ocorrem
matacões e rochas;
• Não produz distúrbios e vibrações às construções vizinhas; • Controle de qualidade dos serviços executados;
• Além de não causar descompressão do terreno, durante a execução.
Entretanto, Antunes e Tarozzo (1998), ressaltam as desvantagens do processo executivo de estacas do tipo hélice contínua, tais como:
• É necessário que o terreno seja plano e que ofereça fácil movimentação para o grande porte do equipamento;
• É necessária a existência de uma central de concreto nas proximidades da obra, por conta da alta produtividade deste processo executivo;
• É necessário um número mínimo de estacas para compensar os custos com a mobilização dos equipamentos envolvidos;
• É necessário haver no canteiro de obras uma pá-carregadeira para realizar a limpeza e remoção do material extraído da perfuração.
A Figura 2.20 mostra o equipamento utilizado para execução de estacas tipo hélice contínua, obtida através de visita a um canteiro de obras localizado na Avenida Humberto Monte, no bairro Pici, em Fortaleza.
Figura 2.20 – Equipamento para execução de estaca tipo hélice contínua.
2.4.6 Estacas raiz
De acordo com Alonso (1998a), a estaca raiz corresponde a um tipo de fundação injetada, ou seja, um tipo de fundação executada por meio do uso de injeção de calda de cimento ou de argamassa de cimento e areia sob pressão, garantindo, dessa forma, a integridade do fuste e aumentando a resistência lateral, de ponta, ou de ambas.
O processo executivo das estacas raiz é dividido em quatro etapas (Figura 2.21): • Etapa 1: perfuração do terreno por meio de circulação de água;
• Etapa 2: colocação da armadura;
• Etapa 3: preenchimento do furo com argamassa, utilizando um tubo de injeção que é levado até o final da perfuração e a realização da injeção, de baixo para cima, até que a argamassa, ou calda de cimento, extravase pela abertura superior do tubo de revestimento;
• Etapa 4: aplicação de golpes de ar comprimido com remoção simultânea dos tubos de revestimento rosqueáveis.
Figura 2.21 – Etapas de execução das estacas raiz (Fonte: ALONSO, 1998a).
A principal vantagem da estaca raiz é a elevada tensão de trabalho do fuste, que é constituído por argamassa de cimento e areia, e o fato de ser inteiramente armada ao longo de todo o seu comprimento. Além disso, por conta do tamanho relativamente pequeno do equipamento, é uma boa sugestão para fundações em locais de difícil acesso. Contudo, como desvantagens, o processo executivo de estacas raiz exige um estoque de sacos de cimentos no canteiro, assim como, a necessidade de reservatório de água na obra e o aspecto de sujeira, devido à lama resultante do processo de circulação de água, durante a escavação do solo.
Na Figura 2.22, obtida numa visita realizada a um canteiro de obras localizado na Rua Barão de Aratanha, no bairro de Fátima, em Fortaleza, é possível visualizar a lama acumulada resultante do processo de execução das estacas tipo raiz.
Figura 2.22 – Execução de estaca raiz.
2.4.7 Estacas pré-moldadas
Segundo Alonso (1998b), as estacas pré-moldadas caracterizam-se de acordo com o método de execução, podendo ser cravadas no terreno por percussão, prensagem ou vibração, classificadas no grupo das estacas de deslocamento. Em geral, são constituídas por um único material, podendo ser aço, madeira, concreto armado ou protendido. Quando houver a associação de dois desses materiais, passa a receber a denominação de estaca mista.
As estacas de madeira são normalmente cravadas por percussão, necessitando de proteção na cabeça da estaca através do uso de anel cilíndrico de aço, para evitar o rompimento ou desgaste da madeira devido à ação do pilão. Caso a estaca tenha que atravessar camadas resistentes de solo, é preciso que a ponta da estaca seja protegida com uma ponteira de aço. Uma das vantagens é o fato de apresentar vida útil praticamente ilimitada, desde que seja mantida permanentemente abaixo do nível d’água. Entretanto, como desvantagem, é a necessidade de receber tratamento contra o apodrecimento precoce e o ataque de insetos (ALONSO, 1998b).
As estacas metálicas (Figura 2.23) são constituídas por “peças de aço laminado ou soldado, tais como perfis de seção I e H, chapas dobradas de seção circular, quadrada, retangular bem como os trilhos, estes reaproveitados após sua remoção de linhas férreas” (ALONSO, 1998b, p. 375). Dentre as vantagens, apresentam elevada capacidade de suporte,
são executadas com grande rapidez e geram perturbações menores do que àquelas geradas por outros tipos de estacas cravadas por percussão. Contudo, deve-se ter um cuidado especial quanto à soldagem de perfis que constituem uma mesma estaca, de forma a garantir uma união eficiente. Conforme Alonso (1998b), um problema comum é o drapejamento, ou seja, o encurvamento do eixo da estaca metálica, durante a cravação por percussão, através de solos de baixa resistência (argila mole).
Figura 2.23 – Estacas metálicas com diferentes seções transversais (Fonte: ABCP, s.d.).
Na Figura 2.24, obtida numa visita realizada a um canteiro de obras localizado na Avenida José Bastos, no bairro Couto Fernandes, em Fortaleza, é possível visualizar o serviço de soldagem de dois perfis de uma estaca metálica.
As estacas de concreto (Figura 2.25) podem ser armadas ou protendidas (seção circular), adensadas por centrifugação (seção circular) ou por vibração (seção quadrada ou circular). Dentre suas vantagens está o controle de qualidade exercido na confecção das estacas (diferentemente das moldadas in loco). Entretanto, devem-se tomar cuidados quanto ao transporte, para que não haja quebras, e quanto ao uso em terrenos com presença de matacões ou camadas pedregulhosas, devido aos riscos de ruptura por conta dos elevados esforços de cravação (DANTAS NETO, 2008).
Figura 2.25 – Estacas de pré-moldadas de concreto com diferentes seções transversais (Fonte: ABCP, s.d.).
Segundo Dantas Neto (2008), o controle da capacidade de carga das estacas pré-moldadas é feito através da determinação da nega. A nega corresponde à penetração permanente da estaca promovida pela aplicação de um golpe do pilão. Normalmente é medida através de uma série de dez golpes.
2.4.8 Tubulões
De acordo com a NBR 6122 (ABNT, 1996), os tubulões são elementos de fundação profunda executados em escavações abertas no terreno, na qual ocorre descida de operário pelo menos na sua fase final. Podem ser do tipo tubulão a céu aberto ou tubulão a ar comprimido.
Segundo a NBR 6122 (ABNT, 1996), o procedimento executivo de tubulões a céu aberto consiste na escavação de um poço aberto no terreno, realizando o alargamento de sua base e posterior concretagem. São executados, geralmente, acima do nível d’água, a menos que se faça o rebaixamento do lençol freático, como forma de evitar riscos de
desmoronamento da perfuração. Nas situações em que houver apenas carregamento vertical, pode-se utilizar apenas armadura no topo para fazer a amarração com o bloco de coroamento (Figura 2.26).
(a) Perspectiva (b) Corte longitudinal
Figura 2.26 – Tubulão a céu aberto em perspectiva e corte longitudinal (Fonte: DANTAS NETO, 2008).
De acordo com a NBR 6122 (ABNT, 1996), os tubulões a ar comprimido, sejam com camisa de concreto (Figura 2.27) ou de aço, são utilizados nas situações nas quais a escavação é feita abaixo do nível d’água e não é possível realização de rebaixamento do lençol freático. Permitem profundidades de até 30 m abaixo do nível d’água, desde que sejam tomadas as precauções quanto à pressão máxima de ar comprimido.
Figura 2.27 – Execução de tubulão a ar comprimido com camisa de concreto (Fonte: DANTAS NETO, 2008).
As principais vantagens deste processo executivo estão na elevada capacidade de carga dos tubulões, devido ao alargamento da base e que conseqüentemente gera economia por não utilizar armaduras, além das grandes profundidades obtidas nas escavações, principalmente quando se utiliza o tubulão com ar comprimido. Entretanto, dentre as desvantagens, a principal está nos riscos aos quais os operários estão envolvidos (desmoronamentos e falhas na compressão e descompressão do ar), o que exige uma equipe médica durante a execução das atividades.
2.5 Escolha do tipo de fundação
Segundo o engenheiro geotécnico Antônio José Nóbrega Júnior, diretor técnico da empresa Geobrasil/Fundações Projetos e Engenharia Ltda., empresa especializada na área de projetos e execução de fundações em Fortaleza, podem ser considerados como fatores
principais que determinam a escolha de um determinado tipo de fundação:
• A carga da edificação, ou seja, a carga proveniente dos pilares. Assim, é importante conhecer o carregamento dos pilares, identificando a ocorrência de esforços de compressão, tração ou de flexão;
• O tipo de solo, que através dos relatórios de sondagem, é possível identificar a presença de argilas moles orgânicas, de solos muito resistentes, de nível d’água e de matacões;
• A vizinhança, pois a localização da obra tem sido um fator determinante na escolha, visto que alternativas à percussão como estacas pré-moldadas de concreto, metálicas e Franki são evitadas devido aos incômodos sofridos pelos vizinhos;
• O cronograma de execução, buscando alternativas com menor prazo de execução;
• E o custo, um fator importante, mas que não pode superar os fatores técnicos de projeto.
Na situação em que é apontado o uso de fundações profundas do tipo estaca, parte-se então para a comparação do custo. Na determinação do preço final de uma alternativa, é preciso levar em consideração três itens importantes: a mão-de-obra, ou seja, a execução do serviço; o material que será gasto na realização daquela estaca; e o volume do bloco de coroamento (estrutura de transição entre a fundação e os pilares). O preço final será a composição destes três itens.
Às vezes, é possível que uma solução seja mais econômica quando se analisa os custos do serviço, porém quando se adicionam os custos relativos ao volume do bloco de coroamento (concreto e aço), ela pode torna-se menos atraente.
Embora não seja um fator determinante na escolha, o layout do canteiro de obras pode influenciar na utilização de determinada solução, como por exemplo, a estaca tipo hélice contínua. Em canteiros de profundidade elevada (três ou quatro níveis de subsolo) e que não disponham de rampa, não permitem a entrada da máquina de execução deste tipo de estaca. Enquanto isso, o equipamento de estaca raiz é favorecido, pois pode entrar no canteiro com o auxílio de um guindaste.
3 CARACTERIZAÇÃO DA REGIÃO METROPOLITANA DE FORTALEZA
3.1 Características gerais
A Região Metropolitana de Fortaleza (RMF), também conhecida por Grande Fortaleza, foi criada pela Lei Complementar Federal nº 14, de 8 de junho de 1973. Atualmente é formada por 15 municípios (Figura 3.1): Fortaleza, Caucaia, Maranguape, Pacatuba, Aquiraz, Maracanaú, Eusébio, Guaiúba, Itaitinga, Chorozinho, Pacajus, Horizonte, São Gonçalo do Amarante, Pindoretama e Cascavel (estas duas últimas ingressaram em 2009 por decisão do governo estadual). Apresenta uma área de 5.785,82 km2 e uma população de 3.665.259 habitantes (WIKIPÉDIA, 2009).
A RMF correponde, em população, à terceira maior região metropolitana do Nordeste (após as regiões metropolitanas de Salvador e do Recife), gerando como área de influência, além do estado do Ceará, o oeste do Rio Grande do Norte, o centro-norte do Piauí, o leste do Maranhão e a região de divisa entre o estados do Ceará e de Pernambuco. Uma das maiores dificuldades enfrentadas pela RMF é a integração de suas cidades, pois o transporte coletivo é pouco abrangente. Além disso, a cidade de Fortaleza detém a quase totalidade dos equipamentos urbanos da metrópole (WIKIPÉDIA, 2009).
Quanto à economia da RMF, pode-se observar que no entorno do Porto do Pecém, localizado entre os municípios de Caucaia e São Gonçalo do Amarante, está sendo estruturado o Complexo Industrial e Portuário do Pecém, que abrigará também a Usina Siderúrgica do Ceará. Já o Distrito Industrial de Maracanaú abriga boa parte das indústrias da metrópole, sendo outra parte localizada no corredor da Rodovia BR-116, ao longo de Horizonte e Pacajus. O turismo e a expansão imobiliária estão entre as principais atividades dos municípios litorâneos, tais como São Gonçalo do Amarante, Caucaia, Aquiraz e Cascavel.
Fortaleza possui 313,8 km2 e 2.505.552 habitantes. Além disso, possui 34 km de praias e está situada a uma altitude média de 21 m, é dividida em 114 bairros (Figura 3.2) e em 6 unidades administrativas diretas da prefeitura denominadas de Secretarias Executivas Regionais (SERs), conforme Figura 3.3 (WIKIPÉDIA, 2009).
Um setor que tem se destacado na economia de Fortaleza é o da indústria da construção civil. O acelerado crescimento da cidade tem proporcionado a construção de um grande número de edificações verticais, principalmente nos bairros localizados na SER II da capital, tais como Aldeota, Meireles, Praia de Iracema, Mucuripe, Cocó e Dionísio Torres. Enquanto que nas outras regiões da capital e nos outros municípios da RMF, há a predominância de edificações horizontais, com alguns ninhos de edificações verticais.
A localização privilegiada de Fortaleza proporciona para a RMF a criação de um pólo turístico importante tanto para o Nordeste quanto para o Brasil. Devido às belezas de suas praias, os municípios litorâneos atraem cada vez mais um fluxo maior de turistas brasileiros e estrangeiros, que por sua vez favorecem a geração de renda e de emprego, em especial no setor da construção civil.
Fortaleza possui clima quente, com temperatura média de 26,5 ºC, e vegetação tipicamente litorânea com áreas de mangue do Parque Ecológico do Cocó, sendo esta a maior área verde da cidade com área de 1.155 hectares. Dentre as capitais do Nordeste, Fortaleza possui o segundo maior Produto Interno Bruto (PIB), perdendo apenas para Salvador. O destaque é dado para o comércio, principal atividade responsável por gerar riquezas na economia fortalezense (WIKIPÉDIA, 2009).
Figura 3.3 – Mapa de situação das Secretarias Executivas de Fortaleza (Fonte: WIKIPÉDIA, 2009). SER I SER II SER III SER IV SER VI SER V
3.2 Geologia
Segundo Miranda (2005), a geologia da RMF é caracterizada pela existência das seguintes feições geológicas: rochas cristalinas dos tipos metamórficas e ígneas do Complexo Nordestino, sedimentos terciários do Grupo Barreiras e dunas dos tipos edafizadas e móveis (Figura 3.4). Todas elas são cortadas por cursos d’água do sistema fluvial, nos quais os sedimentos recentes estão depositados.
Figura 3.4 – Esboço geológico da Região Metropolitana de Fortaleza (Fonte: MOURA, 1997). Depósitos fluvio-aluvionares e de mangue
Dunas Páleo-dunas Formação Barreiras Coberturas colúvio-aluvionares Granitos pós-tectônicos Complexo Gnáissico-Migmático Complexo Granítico-Migmático
As rochas cristalinas do Complexo Nordestino consistem de metassedimentos, gnaisses, xistos, quartzitos e calcários, com migmáticos e rochas graníticas associadas ao período Pré-Cambriano. Os gnaisses de coloração cinza claro, com granulometria média, constituídos de quartzo, feldspato e mica, são comuns na RMF. Estão presentes na região que compreendem as cidades de Maracanaú, Maranguape e Caucaia, sendo que na região próxima ao litoral de Fortaleza elas encontram-se abaixo do Grupo ou Formação Barreiras (Figura 3.5). Nas Serras de Maranguape, da Aratanha e de Camará estão localizadas pedreiras industriais que fornecem pedras britadas ou em blocos para o setor da construção civil. Nestas elevações existem, também, depósitos de colúvios, resultantes do transporte dos solos de alteração (MIRANDA, 2005).
Figura 3.5 – Corte da direção norte-sul (Fonte: MIRANDA, 2005).
A Formação Barreiras, segundo Miranda (2005, p. 296), “distribui-se como uma faixa sedimentar de largura variável (até 30 km) acompanhando a linha da costa, parcialmente recoberta junto ao litoral por dunas e areias marinhas”. Tais sedimentos consistem de argilas variegadas e arenitos avermelhados com níveis caulínicos ou ricos em cascalho, apresentando camadas laterizadas e conglomerações grosseiras com cimento ferruginoso. Em áreas como a Volta da Jurema, Mucuripe e Iguape, “este processo de oxidação chega a formar camadas resistentes, que afloram em alguns pontos do litoral resistindo ao avanço do mar e definindo o formato da costa”.
As dunas edafizadas, ou páleo-dunas, e as dunas móveis consistem de areias bem selecionadas de granulação fina a média, às vezes siltosas, quartzosas e quartzo-feldspáticas,
com coloração amarela, laranja ou acinzentada. Encontram-se sobre os sedimentos da Formação Barreiras e, na RMF, as dunas estão quase completamente descaracterizadas por conta do avanço da urbanização. Enquanto isso, as páleo-dunas estão cobertas por uma camada de areia com matéria orgânica, mostrando-se com coloração cinza ou marrom (MIRANDA, 2005).
Seguindo a rede fluvial da RMF, são encontrados os depósitos de sedimentos aluvionares. Esses depósitos são formados por sedimentos de granulometria grossa ao longo da calha dos rios nas regiões das rochas cristalinas. Já nas planícies de inundação, são formadas por areias finas, siltes e argilas, geralmente com matéria orgânica. Enquanto isso, nas áreas próximas ao litoral, sobre as dunas e os sedimentos da Formação Barreiras, existem depósitos mais possantes de sedimentos finos com presença de matéria orgânica nas regiões de lagoas e mangues, como é o caso do depósito de argila orgânica de 12 metros de espessura da região da Avenida Engenheiro Santana Júnior com o Rio Cocó (MIRANDA, 2005).
3.3 Características geotécnicas
Segundo Miranda (2005, p. 297), “os solos da região [RMF] apresentam características geotécnicas bem definidas que influenciam o projeto e a execução das obras de engenharia”. Conseqüentemente, essas características são importantes em relação ao suporte das fundações das edificações.
A região das rochas cristalinas apresenta três níveis horizontais distintos (Figura 3.6). O primeiro, superficial, apresenta-se como arenoso-argiloso com pedregulhos, marrom, com presença de raízes e de matérias orgânicas. O segundo horizonte, conhecido no meio científico por solo residual maduro, apresenta-se como areia argilosa com pedregulhos, vermelha ou amarela. Por fim, o terceiro horizonte, conhecido por solo residual jovem (ou saprolito), apresenta-se com a aparência da rocha gnáissica com frações de areia, silte e argila (MIRANDA, 2005).
Figura 3.6 – Horizontes dos solos das regiões cristalinas (Fonte: MIRANDA, 2005).
Assim, Miranda (2005, p. 299) afirma que “estacas pré-moldadas de concreto, hélice contínua, Franki e tubulões geralmente se apóiam sobre o horizonte saprolítico”. No caso das estacas raízes, pelo fato de serem executadas com perfuratrizes rotativas, e das estacas metálicas, por conta das elevadas capacidades e reduzidas seções, elas conseguem ultrapassar essa camada e atingem a rocha.
Na região da Formação Barreiras, os solos são constituídos por areia, silte e argila em variadas proporções com níveis ricos em cascalho, com camadas de areias argilosas, areias siltosas e argilas areno-siltosas, de coloração cinza claro ao vermelho, passando por amarelo e laranja. Além disso, há a existência de camadas conglomeráticas e laterizadas formando arenitos de cimento ferruginoso, presentes em cotas próximas ao nível do mar e que irão influenciar o projeto de fundações para edifícios à beira-mar (Figura 3.7). No caso das estacas metálicas, a cravação é geralmente interrompida ao atingir estas camadas (MIRANDA, 2005).
Portanto, na maioria das obras realizadas nesta região, haverá o predomínio de camadas de areia e argila, pouco permeáveis, com formação de lençol freático e com consistência e compacidade que variam de forma crescente conforme a profundidade, medidos através de ensaios de investigação geotécnica, como o SPT, por exemplo. Miranda (2005, p. 301) afirma que estas condições “não constituirão problema para as fundações de obras de pequeno porte, mas exigirão fundações profundas em estacas ou tubulões para obras de maior concentração de cargas”.
Ainda assim, quanto às fundações na Formação Barreiras, segundo Miranda (2005, p. 301), “as estacas pré-moldadas de concreto, Franki, raiz, hélice contínua e tubulões geralmente atingem profundidades entre 10 a 15 metros, já as estacas metálicas avançam até profundidades da ordem de 25 metros”. Entretanto, as estacas metálicas não conseguem atingir tal profundidade em regiões com presença de arenitos e conglomerados ferruginosos, como explicitados anteriormente.
Na região de dunas, os solos são constituídos por areias finas e médias, algumas vezes siltosas, de coloração cinza claro, amarela e laranja, com espessuras de até 15 metros e compacidade crescente. Estes solos são excelentes para suportar pequenas edificações, assentadas sobre fundações diretas. No caso de edificações com maiores concentrações de carga, é exigido o emprego de fundações profundas. De acordo com Miranda (2005, p. 306), “geralmente as estacas metálicas, Franki, raiz, hélice contínua e tubulões alcançam profundidades entre 5 a 15 metros. As estacas metálicas não atingem nega nesta camada, indo buscar apoio nos sedimentos terciários subjacentes”.
Quanto aos depósitos de sedimentos aluvionares, estes são constituídos por areias grossas e pedregulhos nas calhas dos rios das regiões cristalinas. Neste caso, as obras deverão se apoiar em fundações profundas sobre o solo residual subjacente ou sobre a rocha do embasamento. Nas regiões das planícies de inundação, os solos aluvionares são constituídos por areias finas, siltes e argilas, quase sempre com matéria orgânica, e exigindo fundações profundas por conta do grande risco de ocorrência de recalques com uso de fundações diretas. De forma similar, os solos aluvionares da região de rios, mangues e lagoas sobre a Formação Barreiras e sobre as dunas apresentam, também, granulometria fina com matéria orgânica e exigindo, de forma obrigatória, o uso de fundações profundas devido aos riscos de recalques que são oferecidos no caso das fundações diretas (MIRANDA, 2005).
3.4 Histórico de fundações na cidade de Fortaleza
O que se sabe da história das fundações executadas em Fortaleza é através de relatos de profissionais da área geotécnica, como os do engenheiro civil e consultor Antônio Nunes de Miranda e da área de estruturas de edificações, como os do engenheiro estrutural Hugo Alcântara Mota, ex-diretores do Centro de Tecnologia da Universidade Federal do Ceará.
Até meados da década de 60, havia muitos edifícios de 3 andares executados sobre fundações diretas, baseados nas condições de carga do solo de dunas, e sendo admitida nos projetos a capacidade de suporte de 1 kgf/cm2 (ou 100 kPa). Esta capacidade podia variar de 0,5 kgf/cm2 (nas regiões de dunas depositadas sobre lagoas) a 1,5 kgf/cm2. Assim eram comuns os recalques sofridos pelas edificações naquela época, contudo ocorriam em condições aceitáveis.
Um fato que chama a atenção era o edifício do IAPC (Instituto de Aposentadoria e Pensão dos Comerciários), onde está localizado atualmente o INSS (Instituto Nacional de Seguridade Social), e recentemente denominado por Previdência Social. Consiste no primeiro grande edifício de Fortaleza, até a década de 60, com aproximadamente 12 andares, feito em estrutura de concreto armado e assente sobre fundações diretas do tipo sapatas. Este edifício ficou famoso, em noticiários da época, pelos recalques relativamente grandes ocorridos, sendo abandonado por diversas vezes pelos seus usuários. Atualmente, nota-se que a estrutura encontra-se num ponto de equilíbrio devido à acomodação de suas fundações.
Na década de 70, com a valorização dos terrenos, passou-se a construir edifícios de 8 andares, cuja capacidade, em geral, não era mais suportada pelas sapatas. Nessa época, destacam-se as estacas pré-moldadas de concreto. Contudo, com a construção de edifícios de 12 andares, e pelas limitações dimensionais das estacas pré-moldadas da época que necessitava de comprimentos maiores, adotou-se a solução de construir um nível de subsolo. Assim as sapatas voltaram a ser empregadas, pois se conseguia capacidades de suportes de 2 kgf/cm2.
Essa época caracteriza-se, também, pelo uso de estacas metálicas, especialmente na região do litoral de Fortaleza, onde é comum encontrar a camada de arenito, citado anteriormente. Nessa região, as estacas pré-moldadas não conseguiam atravessar esta camada resistente, com SPT de 20 a 25 golpes, favorecendo o uso das estacas metálicas que, em geral,
