NOTAS DE AULA: FUNDAÇÕES

Prezado, seja bem vindo(a) a página de Notas de Aula da disciplina Fundações 1 do curso de Engenharia Civil. Aqui você encontrará, resumos e comentários sobre os conteúdos abordados na disciplina e referências para estudos. Portanto, espero que você aproveite e se inscreva no blog contribua com seus enriquecedores comentários.

DATAS DA VA1 
TURMA C:
TURMA A:
TURMA B:

1. INTRODUÇÃO AS FUNDAÇÕES

O termo fundações em engenharia civil é utilizado para designar a parte da estrutura de uma edificação, responsável por absorver todas as cargas e transmití-las ao solo.

Esta parte da estrutura é classificada como infraestrutura e tem, como etapa preliminar o estudo do solo e do subsolo - sondagem. Portanto, são indispensáveis os conhecimentos em mecânica dos solos e, como se pode observar, não se pode ignorar o conhecimento sobre a edificação.

Podem ser definidos vários tipos de fundações, tal escolha irá depender do tipo de estrutura e do tipo de solo encontrado.

A escolha adequada do tipo de fundação bem como seu correto dimensionamento é decorrente das cargas da edificação e das características e propriedades das camadas do solo onde será executada a edificação.

Quando bem dimensionada, uma fundação deve absorver as cargas da edificação e transmiti-la ao solo sem sobrecarrega-lo. Essa condição deve ser atendida tendo em vista que sobrecargas excessivas podem gerar recalques excessivos ou rupturas por cisalhamento no solo provocando danos a estrutura (Das, 2014).

1.1 - Tipos de fundações

Dentro deste contexto as fundações classificam-se em rasas e profundas, também chamadas de diretas e indiretas respectivamente.

A NBR 6122 (ABNT, 2010) define fundação profunda como sendo aquela cuja transmissão da carga ao terreno ocorre pela base (resistência de ponta) e pela superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas.
As fundações cuja altura seja menor que duas vezes o comprimento de sua menor dimensão e cuja base esteja apoiada a no máximo 3 m de profundidade, são classificadas como fundações rasas. A transmissão da carga nessas fundações ocorrem preponderantemente pela base. Nesse sentido a NBR 6122 (ABNT, 2010) fundações rasas "é o elemento de fundação em que a carga  é transmitida ao terreno pelas tensões distribuídas sob a base da fundação, e a profundidade de asssentamento em relação ao terreno adjacente à fundação é inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação".

1.1.1 Fundações rasas

De acordo com a revista Téchne (2004) as fundações rasas são os elementos mais simples de projetar e executar. São denominadas como blocos quando executadas em concreto simples; Sapatas quando executadas em concreto armado e Radier quando todas os pilares encontram-se apoiados num único elemento de fundação, muito semelhante a uma laje.

Os blocos são elementos cujo esforços de tração são suportados pelo próprio concreto, ou seja, são executados em concreto simples, enquanto que as sapatas são executadas em concreto armado e, portanto, os esforços de tração são absorvidos pelas armaduras. Nesse caso, quando justifica-se o volume de concreto consumido pelos blocos em lugar das armaduras, esses elementos apresentam menos custo do que as sapatas.

Apesar da simplicidade desses elementos, Hachich (2004) salienta que alguns cuidados devem ser tomados, tanto na elaboração dos projetos como na execução, apoiado no no fato de que, por exemplo, a sondagem não varre todo o terreno e, dessa forma podem ocorrer alterações superficiais que não foram vistos. O projetista Rozembaum, em entrevista a revista Téchne (2004) cita que só é possível saber o que existe embaixo de uma sapata no momento de sua execução. Não se deve esquecer também que o solo é o elo mais fraco do sistema.
A determinação da geometria do elemento também influencia nos fatores de ordem prática e econômica, nesse sentido, comumente em pontos que não apresentem nenhuma limitação de espaço projeta-se sapatas com formato retangular e piramidal. De acordo com Téchne (2004) sapatas com outros formatos, como por exemplo, arredondado ou escalonado costumam exigir mais trabalhos com fôrmas.
Devem também ser observados cuidados durante a execução das fundações, como por exemplo, é necessário proteger as armaduras dos elementos contra o ataque da umidade. Para tanto, executa-se um litro de concreto magro com 5 cm de espessura. Deve-se ainda, antes da execução manter o fundo da vala limpo, sem lama ou outros materiais. No caso de grandes volumes de concretos ou determinados tipos de concreto, deve-se observar a necessidade de utilizar gelo na mistura de modo a evitar temperaturas excessivas liberadas durante a hidratação e como consequência o surgimento de fissuração da peça.

Sapata Isolada

Uma sapata pode ser entendida como sendo simplesmente uma extensão da parede estrutural ou pilar, o qual permite a distribuição da carga da edificação em uma área maior do solo.
As sapatas podem ser:
a) Sapata Isolada -  quando para um único elemento de fundação recebe apenas um único pilar;
b) Sapata Associada - quando alguns pilares são apoiados em uma únicas sapata;

Sapata associada (imagem da internet)

c) Sapata de Divisa - para pilares encostados em divisas, ou junto ao alinhamento de uma calçada, não é possível projetar-se uma sapata centrada no pilar, recorre-se portanto, a uma viga de equilíbrio (viga alavanca) a fim de corrigir a excentricidade existente.

Sapata de divisa

Uma recomendação presente na literatura é a de que as sapatas associadas devem ser evitadas sempre que possível por questões de ordem econômicas, nesse caso pode-se recorrer a diferentes geometrias da área da base. 
Conforme já mencionado tem-se uma fundação em radier quando todos os pilares de uma estrutura transmitem as cargas ao solo através de uma única sapata. Dependendo de suas proporções, no caso de exigir grandes volumes de concreto, o radier é uma alternativa onerosa.
Entre os principais tipos de radier podem ser citados os lisos, com pedestais ou cogumelos, os nervuras e o caixão.

1.1.2 Fundações profundas

As fundações profundas (indiretas) dividem-se, no geral, em estacas e tubulões.
Os tubulões diferem das estacas basicamente por apresentar aberturas com maiores diâmetros e pelo método construtivo, uma vez, que a execução dos tubulões exige, pelo menos, em uma das etapas de execução, a descida de um operário (abertura da base do fuste).
Basicamente existem dois tipos de tubulões - à céu aberto e pneumáticos, este último normalmente utilizado quando há presença de água. Também podem ser utilizado um encamisamento metálico que pode ser permanente ou removível.
A execução de tubulões exigem maiores cuidados com a segurança dos operários, os quais devem ser devidamente capacitados para desenvolverem suas atividades em altura e espaço confinado.
Os tubulões pneumáticos são providos por câmara de compressão e descompressão.
Quanto ao método executivo, as estacas podem ser classificadas em:
Estacas executadas com deslocamento de solo - pré moldadas e pré fabricadas;
Estacas executadas com remoção de solo (estacas escavadas) - estacas moldada in loco.
Quanto aos materiais utilizados, no caso particular das estacas, estas podem ser em concreto armado ou concreto simples, pré moldadas de concreto armado e as pré fabricadas em perfís metálicos - trilhos, perfil I ou H e chapas metálicas - estaca prancha;  estacas de madeira.

2. Capacidade de carga do solo para fundações rasas (23/09/2015)

2.1 Comentários Iniciais

A parte inferior de uma estrutura geralmente é denominada de fundação ou infraestrutura e conforme mencionado anteriormente tem como objetivo transferir a carga da estrutura para o solo o qual será apoiada. É de máxima importância o conhecimento sobre as propriedades e características do solo ,tanto superficialmente como das camadas inferiores, e sobre as cargas que neles serão dissipadas através dos elementos de fundações.
A capacidade de carga do solo é determinante na escolha e dimensionamento dos elementos de fundações. Como exemplo pode-se afirmar que, solos com baixa capacidade de carga exigem sapatas com maior área de sua base e nesse caso sendo economicamente inviável. Uma possível solução técnica é construir toda estrutura sobre um único elemento de fundação denominado radier.
Fundações sobre estacas e tubulões são utilizadas quando no caso de estruturas mais pesadas, por vezes sendo necessário atingir maiores profundidades de modo que os elementos da infraestrutura possam suportar as cargas da estrutura.
As estacas são elementos de fundações em madeira, aço ou concreto e a depender da maneira como estas transmitem as cargas ao solo podem ser classificadas como estacas de atrito e estacas de ponta.

Estaca de Atrito - a carga da superestrutura é transformada em tensões de cisalhamento ao longo da superfície da estaca;

Estaca de Ponta - a carga é transportada da extremidade da estaca para uma camada mais estável.

Nas fundações sobre tubulões o furo é escavado até alcançar o subsolo e, depois, é preenchido com concreto. Durante a execução pode-se fazer uso de uma camisa metálica que pode ser permanente ou removível. Geralmente os tubulões apresentam maiores diâmetros quando comparados as estacas, no entanto, para casos em que o diâmetro do tubulão não ultrapassa 1,00 m as definições e nomenclaturas são imprecisas.

2.2 Capacidade de carga última do solo para fundações rasas

Considere uma sapata retangular longa com largura B apoiada sobre a superfície de uma camada de areia compacta (ou solo rijo).

A carga F pode ser entendida como uma carga distribuída (q) uniformemente sobre a base da sapata. Quando esta for aplicada à sapata ocorre recalque. Havendo acréscimo neste carregamento distribuído (q) há consequentemente um aumento gradativo no recalque. Considere agora qu como sendo a capacidade de carga última do solo. Se q/A é a tensão na base da sapata e q/A = qu/A

então pode-se afirmar que a capacidade de carga é excedida  e, com isso haverá um grande recalque sem que ocorra aumento de carga. Nesse caso, o solo, em ambos os lados da sapata forma uma protuberância e a superfície de deslizamento se estende para a superfície do terreno. A relação tensão-recalque é igual a curva A  e a capacidade de carga última do solo é definida como sendo qu. Esse tipo de ruptura é chamado de ruptura geral por cisalhamento.

3 PROJETO DE FUNDAÇÃO
Neste capítulo serão apresentados os requisitos mínimos para que , uma vez definida a tipologia da fundação que deverá ser executada, se possa dimensionar os elementos que deverão compor o projeto de fundações.
Inicialmente deve-se observar os dados coletados nos estudos preliminares tais como:
Topografia da área: levantamento topográfico; dados sobre latitude e encostas no terreno, dados sobre erosões ou elevações preocupantes na geomorfologia.
Dados geológicos-geotécnicos: investigação do subsolo (preliminar e complementar) e outros dados tais como mapas, fotos aéreas e levantamentos aerofotogramétricos e artigos sobre experiências anteriores na área.
Dados da estrutura a construir: tipo de uso que terá a nova obra, sistema estrutural e cargas (ações na fundação).
Dado sobre construções vizinhas: tipo de estrutura e fundações, número de pavimentos e carga média por pavimento, existência de subsolos além de possíveis consequências de escavações e vibrações provocadas pela nova obra.
No caso de obras de pontes é necessário ainda levantar dados sobre o curso d'água na escolha do método de execução.
Em obra de fundações profundas deve-se observar a disponibilidade de materiais e equipamentos mão de obra na região.
Em zonas urbanas deve-se ainda considerar as condições das vizinhanças.
3.1 Principais requisitos
O projeto de fundação deve levar em consideração as deformações aceitáveis sob as condições de trabalho; a segurança adequada ao colapso do solo de fundação (estabilidade externa) e a segurança adequada ao colapso dos elementos estruturais (estabilidade interna).
Outros requisitos que devem ser considerados são:
A segurança adequada ao tombamento e deslizamento quando forças horizontais elevadas atuam em elementos de fundação superficial;
Níveis de vibrações compatíveis com o uso da obra, a serem verificados nos casos de cargas dinâmicas.
No caso das fundações rasas, para que esta possa ser corretamente dimensionada deve-se, além de determinar a tensão admissível do solo,  executar seu dimensionamento geométrico e seu posicionamento em planta. Nesse sentido observa-se que as dimensões em contato com o solo não são definidos arbitrariamente, mas sim, buscando-se proporções que conduzam a um dimensionamento estrutural viável tanto economicamente como tecnicamente.
3.2 Ações nas fundações
A NBR 8681 estabelece critérios para combinações das ações na verificação dos estados limites de uma estrutura. Os estados limites são definidos como:
Estados limites últimos - associado ao colapso parcial ou total da obra;
Estados limites de serviço - quando ocorrem deformações, fissuras, etc, que comprometem o uso da obra.
Quanto as ações que solicitam os elementos de fundações a NBR 6122 classificam como permanentes, variáveis e excepcionais.
As ações permanentes ocorrem com valores constantes durante praticamente toda vida da obra; as ações variáveis, conforme o próprio nome já diz, ocorrem com valores que apresentam variações significativas em torno da média - ações devido ao uso da obra; as ações excepcionais apresentam duração muito curta e com baixa probabilidade de ocorrência durante a vida da obra.