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Conceitos, concepção e requisitos de
projetos e obras de fundações,
tipos de fundações
Professora Dra. Patricia Barboza
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1 Conceitos fundamentais em um projeto de fundação
Fundação é o sistema utilizado para apoiar no solo ou na
rocha uma estrutura qualquer, de maneira a obter
segurança em relação a dois condicionantes fundamentais:
RUPTURA e RECALQUE.
Ruptura: representa a situação limite de resistência do
solo, na qual ocorre o deslocamento geral da fundação,
levando a estrutura (edificação) à ruína.
Recalque: representa a situação em que as deformações
impostas à edificação pelos deslocamentos das fundações,
passam a prejudicar seu funcionamento ou sua utilização.
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2 Concepção de obras de fundações
Para o desenvolvimento de um projeto de fundações são
necessários os seguintes elementos:
a) Topografia da área: levantamento planialtimétrico, dados
sobre taludes e encostas do terreno, informações sobre
processos erosivos;
b) Dados geológicos-geotécnicos: investigação do subsolo
(sondagens), geologia local, mapas geológicos,
experiências anteriores, etc.
c) Dados da estrutura que será construída: tipo e uso,
sistema estrutural, cargas atuantes nas fundações.
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d) Dados sobre construções vizinhas: tipos de estruturas e
fundações, desempenho das fundações, existência de
subsolo, possíveis conseqüências de atividades que
exijam escavações ou provoquem vibrações.
3 Esforços solicitantes nas fundações
a) Cargas permanentes: peso próprio, peso de
equipamentos, empuxo de terra, entre outras que atuam
no decorrer de toda a vida útil da obra; e
b) Cargas vivas: podem ser divididas em operacionais,
ambientais (ventos), acidentais (explosão, fogo).
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Para o dimensionamento de uma fundação, deve-se
considerar sempre a combinação dos esforços permanentes
e vivos, de modo a se ter elementos com capacidade de
carga suficiente para suportar a ação simultânea dos
esforços com a segurança prevista nas normas brasileiras.
Considerar também além da capacidade de carga, os
recalques resultantes da ação do carregamento e seus
possíveis efeitos no desempenho da estrutura.
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4 Requisitos de um projeto de fundações
Os principais requisitos que um projeto qualquer de
fundações deve atender são:
Deformações aceitáveis sob as condições de trabalho;
Segurança ao colapso do solo de fundação;
Segurança ao colapso dos elementos estruturais;
Segurança ao tombamento e deslizamento, quando atuam
forças horizontais; e
Níveis de vibrações compatíveis, quando atuam cargas
dinâmicas.
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5 Classificação das fundações
As fundações podem ser classificadas como rasas ou
profundas.
Fundações rasas: são apoiadas logo abaixo da
infraestrutura e distribuem as tensões diretamente sobre
sua base.
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Fundações profundas: são apoiadas em camadas
profundas, mais resistentes, transmitindo os esforços ao
solo por tensões laterais e por tensão sobre sua base.
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Fundações profundas: são apoiadas em camadas
profundas, mais resistentes, transmitindo os esforços ao
solo por tensões laterais e por tensão sobre sua base.
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6 Tipos de fundações
Como tipos de fundações rasas, destacam-se:
Blocos: elementos de fundação de concreto simples,
dimensionados de maneira que as tensões de tração nele
produzidas, possam ser suportadas pelo próprio concreto,
sem necessidade de armadura.
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Sapata: elementos de fundação de concreto armado, de
altura menor que os blocos, utiliza armadura para resistir
aos esforços de tração. As sapatas de fundação podem ser
isoladas, corridas ou associadas.
Sapatas isoladas
Dão apoio a apenas um
pilar sobre cada sapata;
Podem ser quadradas,
retangulares, trapezoidais,
etc;
São mais econômicas se
tiverem abas iguais
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Sapatas corridas
São usadas para apoio
de paredes contínuas, ou
de uma seqüência de
pilares;
Muito usadas em
edifícios populares,
baixos, em alvenaria
auto-portante;
são econômicas
apenas quando o solo de
apoio se encontra a
pequena profundidade.
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Sapatas associadas
São usadas nos casos em que
as sapatas de 2 pilares próximos
apresentam sobreposição em
planta;
Suportam 2 ou mais pilares;
Podem ter formas diversas;
São mais onerosas do que as
isoladas, pois a solidarização
dos pilares exige a construção
de uma viga de rigidez,
densamente armada e de
grande altura, implicando em
volume adicional de concreto
armado.
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Radier: elemento de fundação tipo laje que recebe a carga
de todos os pilares da obra.
em lugar de ser uma solução econômica, é das mais onerosas;
é pouco utilizada, só em casos excepcionais como por exemplo na
existência de solos moles, ou com matacões, ou lençol frático muito
elevado, etc.
funciona de modo a reduzir as diferenças de recalques entre os
diversos pilares.
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Possíveis soluções de
emprego de
fundações diretas
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Quando o solo que tem capacidade de suporte compatível com a
carga da edificação está a mais de 3 metros de profundidade,
é necessário recorrer as fundações profundas. Os 2 tipos
principais de fundações profundas são: estacas e tubulões.
Estacas: são elementos alongados, cilindricos ou prismáticos,
que são cravadas com equipamentos chamados bate-estacas, ou
são confeccionadas no local (in loco).
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De acordo com a metodologia de execução as estacas
podem ser:
Pré-moldadas: quando são fabricadas em local diferente de
onde será utilizada. São fornecidas prontas ou em pares
para serem emendadas. Exemplos: estacas de madeira, de
aço, de concreto armado.
Moldadas in loco: quando a fabricação se dá no local de
utilização final da estaca. Existem diversos tipos que
diferem pelo método executivo empregado. Exemplos:
broca, strauss, raiz, barrete, estacão.
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Estacas pré-moldadas de concreto: executadas por
empresas especializadas, apresentam seções diversas e
dimensões variáveis. Necessitam de equipamento tipo bate-
estacas para sua cravação no terreno.
Estacas metálicas: em forma de perfis metálicos ou
seções tubadas, são muito empregadas em obras
portuárias. Também exigem equipamento tipo bate-estacas
para cravação.
Estacas de madeira: Atualmente, diante das dificuldades
de se obter madeira de boa qualidade e do aumento nas
cargas das estruturas, sua utilização tem sido muito
reduzida.
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Estacas Franki: é uma estaca em concreto armado, moldada no
solo, que usa um tubo de revestimento cravado dinamicamente,
com ponta fechada por meio de bucha e recuperável após a
concretagem.
Caçamba de concretoOrelhas de arrancamento
Tubo de revestimento
Cabo de arrancamento
Bucha
Fuste
Base
armadura
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Estacas Strauss: Moldada in loco, sem o auxílio de lama de
estabilização. O processo de execução consiste na retirada de
solo com sonda e simultânea introdução de tubos metálicos
rosqueáveis entre si. A concretagem é feita por apiloamento, com
a retirada paralela da tubulação.
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Estacas hélice contínua: Moldada in loco, é executada por meio
de um trado contínuo e injeção de concreto através da haste
central do trado, simultâneamente a sua retirada do terreno.
Fases de execução
Perfuração do terreno utilizando a hélice
em espiral;
Atingida a profundidade o concreto é
bombeado através do tubo central da hélice,
nesse momento a hélice é extraída
continuamente sem girar ou girando
lentamente no sentido da perfuração´, o
concretagem progride até a cota de topo da
estaca;
A armadura em forma de gaiola é
introduzida por gravidade ou com auxílio de
um pilão de pequena carga.
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Estacas barrete e estacões: São estacas escavadas com
o auxílio de lama bentonítica e concretagem submersa. A
lama bentonítica tem como função garantir a estabilidade
das paredes da escavação, contribuindo para a qualidade
final do elemento em concreto. Os estacões têm seção
circular, com φ em geral superior a 60cm, escavados por
rotação ou perfuração. As estacas barretes possuem seção
retangular e são escavadas com “clamshell”.
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Fases de execução da estaca barrete
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Estacas raiz: São estacas nas quais se aplicam injeções de ar
comprimido imediatamente após a moldagem do fuste e no topo
do mesmo, concomitantemente a remoção do revestimento. As
pressões de injeções são baixas, e tem como objetivo apenas
garantir a integridade do fuste. São geralmente armadas com
barras de aço.
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Estacas tipo broca: São escavadas manualmente, em geral com
utilização de trado tipo concha, e sempre acima da posição do nível do
lenço freático (NA). A perfuração manual restringe sua utilização a
pequenas profundidades e a pequenos carregamentos.
Classificação dos principais tipos de estacas pelo método construtivo
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Estacas escavadas
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Tubulões:
Elementos com grande diâmetro de base que atravessa
solos fracos ou médios e se apoiam em solos fortes;
Para ser classificado como tubulão é fundamental ter
base alargada;
O mecanismo predominante de transferência de carga é
por tensão transferida ao solo pelo contato da base;
A carga por atrito lateral é pequena, enquanto a carga na
base é grande.
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Tipos de Tubulões:
Tubulão a céu aberto:
podem ser executados com ou sem revestimento
metálico ou de concreto;
Em geral a escavação se situa em cotas acima do NA;
Em solos argilosos não fissurados é possível avançar um
pouco abaixo do NA;
Deve-se evitar o uso de tubulões sem revestimento em
aterros não compactados, ou em solos muito arenosos
(devido ao risco de desmoranamento);
O uso de revestimento tem como objetivo conter solos
que possam desmoronar e também evitar entrada de água;
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A base é sempre escavada sem revestimento e sem
qualquer escoramento (não há como escorar o alargamento
da base);
A solução em tubulões a céu aberto, sem revestimento, é
das mais econômicas em fundação, seria a próxima opção
após as sapatas;
O fuste pode ser armado (maiores esforços de
compressão ou flexão e cisalhamento);
A base não deve ser armada (dificulta a penetração do
concreto);
No preenchimento da base pode-se usar até 20% de
rachão espalhados manualmente.
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Tubulão a ar comprimido:
Deve ser sempre revestido, com camisa de aço ou de
concreto armado;
São usados quando o esgotamento da água por bombas
não for suficiente, ou quando a escavação a céu aberto não
for estável, ou sob lâmina d’água (rios e mares);
A camisa de aço costuma descer com equipamento
mecânico, enquanto a de concreto vai sendo instalada pro
escavação manual;
Atualmente é pouco utilizado, é uma solução de custo
elevado, e em geral existem soluções mais econômicas;
Pode-se avançar até cerca de 30 metros abaixo do NA;
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A jornada de trabalho dos operários é menor devido a
condição hiperbárica;
A inspeção da base por engenheiro é demorada (tempos
de compressão e de descompressão);
A camisa de aço ou de concreto é sempre parte da
estrutura;
A concretagem é muito lenta;
O nível de ruído é muito alto, devido aos compressores.
