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8/18/2019 I Sobre o Projeto de Fundações
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Notas de aula
Departamento de Engenharia
Disciplina: Fundações
Prof. Marco Túlio P. de Campos
Goiânia, fevereiro de 2016.
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Notas de Aula de Fundações - 1
CAPÍTULO I
SOBRE O PROJETO DE FUNDAÇÕES
1.1
FUNDAÇÃO
Elemento de ligação entre a superestrutura e o solo.
Parte de uma estrutura que transmite ao terreno subjacente seu próprio peso, o peso da superestrutura e qualquer outra força que atue sobre ela.
1.2 FUNÇÃO DA FUNDAÇÃO
Suportar as cargas que atuam sobre ela e distribuí-las de maneira satisfatória eeconômica sobre as superfícies de contato com o solo sobre o qual se apoia.
1.3
DADOS PARA PROJETO
Os dados mínimos para execução de um proj eto de fundações para qualquer
tipo de obra são:
Planta de locação e carga nos pilares. Conhecimento das características do subsolo
1.4 ELEMENTOS NECESSÁRIOS AO PROJETO
Os elementos necessários para o desenvolvimento de um projeto de
fundações são:
1)
Topografia da área
Levantamento topográfico (planialtimétrico);
Dados sobre taludes e encostas no terreno (ou que possam atingir oterreno);
Dados sobre erosões (ou evoluções preocupantes na geomorfologia).
2) Dados geológico-geotécnicos
Investigações do subsolo (às vezes em duas etapas: preliminar ecomplementar);
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Outros dados geológicos e geotécnicos (mapas, fotos aéreas elevantamentos aerofotogramétricos, artigos sobre experiências anterioresna área,etc).
3)
Dados da estrutura a construir Tipo e uso que terá a nova obra;
Sistema estrutural (hiperestaticidade, flexibilidade, etc);
Sistema construtivo (convencional ou pré-moldado);
Cargas (ações nas fundações).
4) Dados sobre construções vizinhas
Número de pavimentos, carga média por pavimento;
Tipo de estrutura e fundações;
Desempenho das fundações;
Existência de subsolo;
Possíveis conseqüências de escavações e vibrações provocadas pela novaobra.
1.5 REQUISITOS PARA EXECUÇÃO DE UMA FUNDAÇÃO
As cargas da estrutura devem ser transmitidas às camadas de terreno capazes desuportá-las sem ruptura;
As deformações das camadas do solo subjacentes às fundações devem sercompatíveis com as suportáveis pela superestrutura;
A fundação deve ser colocada à uma profundidade adequada para prevenir aexpulsão lateral do solo existente sob a fundação (particularmente sapatas eradiers), ou sofrer qualquer dano devido à uma possível construção vizinha;
A execução das fundações não deve causar danos às estruturas vizinhas;
As fundações deverão ser seguras quanto ao tombamento e deslizamento;
O tipo de fundação escolhido e o seu método de instalação devem sereconômicos.
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Figura 1.1 Requisitos de um Projeto de Fundações(a) Deformações excessivas, (b) colapso do solo, (c) tombamento, (d) deslizamento e
(e) colapso estrutural , resultado de projetos deficientes
Figura 1.2 Deformações causadas por recalques diferenciais devido ao uso de
tipos de fundações diferentes e falta de junta de dilatação.
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Figura 1.3 Recalque por inclinação de edifício em Ubatuba
Figura 1.4 Recalque por inclinação em edifício de Santos
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Figura 1.5 Ruptura de solo colapsível inundado sob carregamento .
Figura 1.6 Sobrecarga no solo devido à superposição das áreas deinf luênc ia dos edi f íc ios
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Figura 1.7 Recalque devido a porções de solo mais fracos nãoidentificados nas sondagens
Figura 1.8 Vazio formado pelo intemperismo e posterior ruptura dacamada superior em zona cárst ica.
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1.6 ESTADOS LIMITES
O projeto deve assegurar que as fundações apresentem segurança quanto
aos:
a)
estado limite último – ELU (associados ao colapso parcial ou total da obra);
b) estado limite de serviço – ELS (quando ocorrem deformações, fissuras, etc. quecomprometem o uso da obra);
1.6.1 VERIFICAÇÃO DOS ESTADOS LIMITES ÚLTIMOS (ELU)
Os estados limites últimos representam os mecanismos que conduzem ao
colapso da fundação:
a)
perda de estabilidade global; b) ruptura por esgotamento da capacidade de carga do terreno;
c) ruptura por deslizamento;
d) ruptura estrutural em decorrência de movimentos das fundação;
e) arrancamento ou insuficiência de resistência por tração;
f) ruptura do terreno decorrente de carregamentos transversais.
1.6.2 VERIFICAÇÃO DOS ESTADOS LIMITES DE SERVIÇO (ELS)
A verificação dos estados limites de serviço em relação ao solo de
fundação ou ao elemento estrutural de fundação deve atender a:
Ek ≤ C
Onde:
Ek = valor do efeito das ações (por exemplo recalque estimado), calculadoconsiderando-se os parâmetros característicos e ações características;
C = valor limite de serviço (admissível) do efeito das ações (por exemplo, recalqueaceitável).
O valor limite de serviço para uma determinada deformação é o valor
correspondente ao comportamento que cause problemas como, por exemplo, trin cas
inaceitáveis, vibrações ou comprometimentos à funcionalidade plena da obra.
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1.7 TIPOS DE FUNDAÇÕES
As fundações são usualmente separadas em dois grandes grupos, asfundações superficiais e fundações profundas, devido ao fato de possuírem
superfícies de ruptura diferentes, que são função da profundidade, como mostradoabaixo.
Figura 1.9 Tipos de fundações: superficial e profunda
A distinção entre esses dois tipos é feita segundo o critério (arbitrário) de
que uma fundação profunda é aquela cujo mecanismo de ruptura de base não
surgisse na superfície do terreno. Como os mecanismos de ruptura de base
atingem, acima dela, tipicamente duas vezes sua menor dimensão, a norma NBR
6122 determinou que fundações profundas são aquelas que possuem sua ponta ou
base assentes em profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão em
planta, e no mínimo 3,0m de profundidade.
Fundação Superficial (D f 2B) – transmite a carga ao solo somente através
de pressões distribuídas sob sua base.
– Sapata – Bloco de fundação
– Radier
Fundação Profunda (D f 2B) – transmite a carga ao solo por sua superfície
lateral (resistência de atrito do fuste) ou pela base (resistência de ponta) ou por
combinação das duas.
– Estaca
– Tubulão
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1.8 TIPOS DE RUPTURA DE
FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS
Os três principais modos de ruptura por cisalhamento do solo de suporte de
uma fundação são:
a) - ruptura generalizada;
b) - ruptura localizada;
c) - ruptura por puncionamento.
O processo de ruptura do solo depende: da compressibilidade do solo, da
geometria da fundação, das condições de carregamento e do embutimento.
1.8.1 Ruptura generalizada:
A ruptura geral ocorre em solos mais rígidos (baixa compressibilidade),
areias compactas e argilas rijas, onde há uma superfície de ruptur a bem definida de
uma das bordas da fundação até a superfície do terreno (figura 1.10-a). Observa-se
na mesma figura que há a elevação do solo ao redor da fundação, embora a
superfície final de ruptura ocorra de um lado. A ruptura é repentina, com
inclinação da fundação e carga limite bem definida Na curva tensão recalque (figu ra 1.10-b) a ruptura fica bem definida,
podendo-se observar um ponto de carga máxima, com posterior decréscimo, e com
os recalques sempre crescentes.
Figura 1.10 – Ruptura generalizada
1.8.2 Ruptura localizada:
A ruptura local ocorre em solos intermediários, mais deformáveis que ossolos rígidos, caso de areias medianamente compactas e argilas médias a moles.
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Neste tipo de ruptura (figura 1.11-a), embora
a superfície de deslizamento se inicie abaixo das extremidades da fundação até a
superfície do terreno, a ruptura se dá apenas até certo ponto no interior do maciço.
Com isso, a curva tensão-recalque (figura 1.11-b) apresenta uma curvatura mais
branda que o caso de ruptura geral, sem atingir pico algum.
Figura 1.11 – Ruptura local
1.8.3 Ruptura por puncionamento:
Esse tipo de ruptura é de difícil observação. A fundação tende a recalcar
de forma intensa, em vista da alta compressibilidade do solo. O solo externo à área
carregada não é afetado (figura 1.12-a). O equilíbrio horizontal e vertical da
fundação é mantido.
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Figura 1.12 – Ruptura por puncionamento
1.9
RECALQUE
O recalque de uma fundação superficial é o deslocamento vertical
descendente da base do elemento de fundação, ocasionado pela deforma ção do solo
de suporte.).
Sabe-se que toda edificação sofre recalques, muitas vezes imperceptíveis aolho nu, por se tratarem de deslocamentos milimétricos. Podem ser classificados
de acordo com seu deslocamento/deformação em três tipos, sendo:
a) Recalques homogêneos ou uniformes: o solo sofre uma deformação como um
todo e a estrutura recalca por inteiro, não havendo na maioria dos casos danos
estruturais;
b) Recalques por inclinação ou desuniforme sem distorção: apenas um lado da
edificação sofre recalque, ocorrendo inclinação da obra, de modo que seus
elementos estruturais não sofram danos;
c) Recalques diferenciais ou desuniformes com distorção: uma parte da edificação
sofre recalque, gerando torções e danos aos elementos estruturais, podendo ser
notado através de fissuras e trincas com 45° de inclinação. É um recalque
indesejável e que exige a execução de reforços tanto das fundações, quanto da
estrutura.
A ocorrência de recalques se dá, principalmente, pela diminuição do índice
de vazios do solo que recebe as cargas dos elementos de fundação.
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Figura 1 .13 Pr inc ipa is modos de deformação de uma es t ru tura(a) Recalques uniformes, (b) recalques desuniformes sem dis torção e (c) recalques
desuniformes com dis torção
Figura 1.14 Recalques diferenciais
Além dos recalques supracitados classificados de acordo com os tipos de
deformação, pode-se também classificá-los em função do tempo em que ocorrem,sendo eles:
a) Recalque imediato, elástico ou não drenado (ρ i);
b) Recalque por adensamento primário (ρ a);
c) Recalque por compressão secundária (ρ s).
O ρ i ocorre logo após aplicação de carga, há mudança de forma com
alteração do volume devido à redução de índice de vazios.
O ρa ocorre em solos de baixa permeabilidade, argilosos, que sofrem
redução de volume provocado pela saída de água devido à diminuição dos vazios
pelo acréscimo de carga e aumento de pressão neutra .
O ρ s , muito importante para argilas moles e argilas marinhas, se
desenvolve simultaneamente com o ρ a. Ocorre devido ao rearranjo estrutural
causado por tensões de cisalhamento. Trata-se da deformação sofrida pelo solo,
mesmo após a dissipação das pressões neutras. Ocorre muito lentamente nos solos
argilosos, e é geralmente desprezado no cálculo de fundações.
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O recalque total se dá então pela
soma de ρ i , ρa e ρ s , onde parte ocorre de imediato e parte se desenvolve ao longo
do tempo.
A previsão de recalques é um dos exercícios mais difíceis da Geotecnia, de
forma que o resultado dos cálculos, por mais sofisticados que sejam, devem ser
encarados como uma estimativa.
1.9.1 Recalques limites
Segundo a NBR 6122, a definição dos valores limites de projeto para os
deslocamentos e deformações deve considerar:
a) a confiabilidade com a qual os valores de deslocamentos aceitáveis podem ser
estabelecidos;
b) velocidade dos recalques e movimentos do terreno de fundação;
c) o tipo de estrutura e o material de construção;
d) o tipo de fundação;
e) a natureza do solo;
f) a finalidade da obra;
g) a influência nas estruturas, utilidades e edificações vizinhas.
Os tipos de danos sofridos pela edificação oriundos de recalques
diferenciais podem ser demonstrados através da tabela a seguir, de acordo com a
intensidade do recalque e a distância entre os pilares analisados (ρ/l).
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Figura 1.15 - Recalques limites
No caso de recalques totais limites para estruturas usuais de aço ou
concreto, consideram-se aceitáveis como valores limites as recomendações de
Skempton-MacDonald, em casos rotineiros para areias e argilas, sendo:
Areias: ρmá x = 40mm para sapatas isoladas
ρmá x = 40 a 65mm para radiers
Argilas: ρ má x = 65mm para sapatas isoladas
ρmá x = 65 a 100mm para radiers
Tais parâmetros não são aplicáveis para os casos de prédios de alvenaria
estrutural, edifícios altos com corpos de alturas diferentes, vãos grandes,
acabamentos especiais e outros, onde são necessários critérios mais rigorosos de
avaliação.
1.9.2 Recalque admissível
Segundo Terzaghi e Peck, para sapatas contínuas carregadas
uniformemente e sapatas isoladas de aproximadamente mesmas dimensões, em
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areais o recalque diferencial geralmente não
excede 50% do maior recalque observado. Já em condições extremas, que
envolvem tamanhos muito diferentes de sapatas e embutimentos no terreno, o
recalque diferencial não deve ser superior a 75% do maior recalque.
Há a recomendação de Terzaghi e Peck de valores admissíveis para o
recalque diferencial e recalque total para sapatas em areia de respectivamente:
ρ ≈ 20mm e ρ = 25mm
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