Embed Size (px)
Citation preview
UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “Júlio de Mesquita Filho”
FACULDADE DE ENGENHARIA DE BAURU
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
ÁREA DE GEOTECNIA
DISCIPLINA: FUNDAÇÕES
NOTAS DE AULA
TIPOS DE FUNDAÇÕES
Professor: Roger Augusto Rodrigues
Tipos de Fundações
FUNDAÇÕES DIRETAS
Fundações
por Sapatas
Fundações
por Tubulões
Sapata
isolada
Sapata
corrida
Sapata
associadaTubulão a
céu aberto
Tubulão
pneumático
FUNDAÇÕES POR ESTACAS
Estacas
cravadas
Estacas
escavadas
Estacas pré-
moldadasEstacas
metálicasEstacas de
madeira
Estacas
broca
Estaca
StraussEstacas
escavadas
a seco
Estaca escavada
com lama
bentonítica
Estacas
barretes
FUNDAÇÕES POR ESTACAS
Outros tipos
de estacas
Estacas
apiloadasEstacas
Franki
Estacas
Raiz
Estacas
hélice
contínua
Estacas
ômegaEstacas
mega
1. Fundações por Sapatas
- Constituem uma espécie base de concreto armado.
- O terreno é escavado para concretar essa base que tem a função de transmitir ao maciço uma
tensão inferior à tensão atuante na seção transversal do pilar.
- Existem sapatas isoladas, corridas e associadas.
- As sapatas mais comuns têm área de 3 a 10 m2.
- As sapatas de pilares de divisa são excêntricas, o que exige a inclusão de uma viga alavanca
vinculada a um pilar central próximo, para se obter o equilíbrio.
2. Fundações por Tubulões
2.1. Tubulão a céu aberto
- O tubulão a céu aberto pode ser escavado manualmente, utilizando um sarilho, ou
mecanicamente, com um trado, restando apenas o alargamento da base como operação manual.
- O tubulão a céu aberto geralmente é escavado sem revestimento, Por isso é indicado ao caso
de solo coesivo, para que não ocorra desmoronamento durante a sua escavação.
- O diâmetro mínimo do fuste é de 0,70 m para escavação manual e até 0,50 m para escavação
mecânica. A profundidade máxima é limitada pelo NA.
- Pela simplicidade de execução, menor custo e adequabilidade ao perfil do subsolo, a fundação
por tubulões a céu aberto é a mais empregada nos edifícios residenciais do interior de São Paulo
(Cintra et al., 2003).
2.2. Tubulão pneumático
- Com utilização de ar comprimido, a escavação abaixo do N.A. é feita manualmente e a seco,
em até 30 m de profundidade.
- O fuste tem revestimento metálico ou de concreto moldado in loco.
- Na superfície, o fuste é coberto por uma campânula, que abriga o sarilho. A campânula é
provida de dois cachimbos: uma para saída do solo escavado e outro para a concretagem.
- As condições de trabalho sob ar comprimido são difíceis. Quanto maior a pressão, menor o
período de trabalho de cada operário.
- Para iniciar um novo período, o operário deve passar por uma pressurização lenta, na
campânula, até equilibrar com a pressão do fuste. No término, a despressurização é que deve ser
lenta. Descuidos nessas etapas podem provocar embolia.
3. Fundações por Estacas
- As estacas geralmente são empregadas em grupo por pilar, exigindo a concretagem de um
bloco de capeamento, que faz a transição do pilar para o grupo de estacas.
- Três grandes famílias de estacas podem ser caracterizadas: as cravadas, as escavadas, e as
estacas de outros tipos, que não se enquadram nas cravadas nem nas escavadas.
3.1. Estacas Cravadas
- Podem ser de concreto, aço ou madeira (ver ANEXO-A)
- São pré-fabricadas, em diferentes bitolas, e transportadas para o canteiro de obras, onde são
cravadas por um equipamento denominado bate-estacas.
- Através de um martelo, caindo de uma altura fixa, aplicam-se golpes na cabeça da estaca para
a sua cravação no terreno.
- O peso do martelo deve ser pelo menos igual ao peso da estaca e a altura de queda tal que não
resulte uma energia excessiva, o que causaria a quebra da estaca.
- A cabeça da estaca é protegida por um capacete, para amortecer o impacto do martelo na
estaca. Na sua parte superior é colocada madeira dura (cepo) e na parte inferior madeira mole
(coxim).
- A estaca é cravada até atingir a néga, que normalmente é especificada de 10 a 20 mm para 10
golpes, para uma determinada energia de cravação (altura de queda vezes o peso do martelo).
- Caso a néga resulte superior ao valor especificado, deve-se prosseguir a cravação.
Estacas Pré-moldada de Concreto
- Têm seção quadrada ou circular, podendo ser vazada ou cheia. O concreto empregado pode ser
vibrado, centrifugado ou protendido.
- Cada fábrica de estacas pré-moldadas de concreto produz a sua tabela de carga de catálogo, em
função das bitolas fabricadas e resistência do concreto utilizado.
- Para colocar em posição de cravação no bate-estaca, a estaca pré-moldada de concreto deve ser
içada por apoios localizados a 1/3 do seu comprimento, de modo a não quebrar a estaca nesse
procedimento.
Estacas de Aço
- São de perfis laminados, tubos metálicos e trilhos.
- Têm uma cravação mais fácil, com baixo nível de vibração.
- Podem ser cravadas em terrenos resistentes, sem o risco de provocar levantamento de estacas
vizinhas e sem risco de quebra.
Estacas de Madeira
- No Brasil, o eucalipto é a madeira mais empregada.
- Tem duração praticamente ilimitada quando mantida permanentemente submersa. Entretanto,
quando submetida à variação de nível d’água, apodrece por ação de fungos que se desenvolvem
no ambiente água-ar.
3.2. Estacas Escavadas
- São aquelas que envolvem um processo de perfuração do terreno, com conseqüente retirada do
solo, e posterior concretagem in loco (ver ANEXO-B).
- Não há vibração ou ruído durante sua execução.
- Ao término da perfuração faz-se a introdução da armadura, quando necessária, cobrindo o
trecho superior da estaca solicitado à flexão.
Estacas Broca
- São de comprimento e diâmetro pequenos, com baixa carga de catálogo, para o caso de obras
de pequeno porte.
- Executadas com trado manual ou mecanizado.
Estacas Escavadas a Seco
- Semelhante às brocas, mas o trado é maior, obtendo-se estacas mais longas e com diâmetros
maiores, com cargas de catálogo mais elevadas.
- Sem revestimento, limitada pela profundidade do NA.
Estaca Strauss
- Utilizam-se tubos de revestimento (camisas) que vão sendo introduzidos à medida que o furo
vai avançando. Através de um tripé, introduz-se uma sonda ou piteira, por dentro do
revestimento, para se realizar a perfuração.
- No processo executivo, adiciona-se água no furo para facilitar a perfuração e, por isso, o
canteiro fica enlameado. Durante a concretagem, com um guincho, saca-se cada camisa e com o
outro apiloa-se o concreto.
Estaca Escavada com Lama Bentonítica (Estacão)
- É uma estaca de grande diâmetro e alta carga de catálogo. Por isso, não é empregada em
grupo, apenas uma por pilar.
- Não há revestimento, mas uma lama bentonítica é utilizada para garantir a estabilidade do furo
durante a escavação, que pode ultrapassar o NA e atingir grandes profundidades (40 m ou mais).
- A bentonita é misturada com água no próprio canteiro e armazenada em reservatórios
metálicos.
- O equipamento de execução tem uma haste com uma caçamba perfuratriz na sua extremidade
inferior, acionada hidraulicamente por uma mesa rotativa. Cheia a caçamba, ela é suspensa e
esvaziada, ao redor da máquina.
- O furo fica cheio de lama bentonítica durante todo o processo de avanço da perfuração. Em
conseqüência, o canteiro de obras fica bastante enlameado.
- A concretagem é submersa, por meio de um tubo de 18 cm de diâmetro, introduzido até 40 cm
da base da estaca. Para que não ocorra a mistura da lama com o concreto, que é lançado da
superfície coloca-se uma bola plástica no início, a qual é pressionada pelo concreto no interior
do tubo, garantido a ausência do contato do concreto com a lama dentro do tubo.
Estacas Barretes
- As estacas barretes são semelhantes aos estacões, mas apresentam seção transversal retangular
alongada, de grandes dimensões.
- Justapostas várias delas, temos uma parede diafragma, utilizada, sobretudo, em divisas de
terreno como muro de contenção e fundação ao mesmo tempo.
3.3. Outros Tipos de Estacas
- Nesse grupo, temos as estacas que não podem ser consideradas como cravadas nem como
escavadas (ver ANEXO-C).
Estacas Apiloadas
- Também chamadas de estacas pilão ou soquetão, o furo é obtido por apiloamento do solo, por
meio de um pilão ou soquete, com peso da ordem de 3 kN, caindo em queda livre.
- Utiliza-se um tripé simples e não há revestimento.
- De pequeno diâmetro e baixa carga de catálogo, são as estacas predominantes nas obras de
pequeno porte em solos colapsíveis, que inviabilizam as fundações por sapatas.
- O apiloamento do solo provoca a sua densificação, melhorando o seu comportamento, à
semelhança das estacas cravadas, mas o elemento estrutural de fundação não é pré-fabricado, e
sim moldado in loco.
Estacas Franki
- Usa-se um equipamento pesado, com uma torre e um tubo de 14 m de comprimento ou mais.
- No interior do tubo, junto à extremidade inferior, é formada uma “bucha” de areia, pedra e
cimento. Um soquete, com peso de 10 a 46 kN, caindo em queda livre por dentro desse tubo
apiloa a bucha, arrastando consigo o tubo para baixo, até se atingir a profundidade desejada.
- Também se faz a medida da néga de cravação do tubo.
- Esse processo constitui um fechamento artificial da ponta do tubo, o que permite a execução
desse tipo de estaca abaixo do NA.
- Atingida a profundidade final, prende-se o tubo à torre para a expulsão da bucha e realização
do alargamento da base através apiloamento de pequenas e sucessivas quantidades de concreto
com slump zero (quase seco).
- Terminado o alargamento da base, instala-se a armadura no trecho superior, e inicia-se a
concretagem do fuste em volumes sucessivos, simultaneamente à retirada do tubo.
- Ruídos e vibrações são elevados na cravação do tubo, à semelhança das estacas cravadas de
concreto pré-moldado.
- O solo não é retirado e é melhorado pela cravação do tubo, mas o elemento estrutural de
fundação é moldado in loco.
A seguir apresenta-se uma tabela de volume da base alargada de estacas Franki em função do
diâmetro do tubo.
Diâmetro do
Tubo (cm)
Volume da Base
(m3)
35 0,18
40 0,27
45 0,36
52 0,45
60 0,60
Estaca Raiz
- São esbeltas e bem armadas ao longo de todo o seu comprimento (cargas de catálogo são altas,
relativamente aos seus diâmetros nominais).
- Em vez de concreto, é utilizada uma nata de cimento e pedrisco, injetada sobre pressão de 0,2
MPa (mas podendo chegar até 10 MPa), o que gera uma superfície irregular ao longo do fuste
da estaca, aumentando o atrito estaca-solo.
- Foi desenvolvida para reforço de fundação e, por isso, o equipamento utilizado para sua
execução tem altura de aproximadamente 2 m, para operar no interior das edificações.
- O solo é escavado por meio de uma perfuratriz rotativa e/ou percussiva, com a utilização tubos
de revestimento instalados à medida que a perfuração avança. O tubo inferior tem uma coroa
diamantada (ou de vídea) na sua extremidade, o que permite cortar rocha e até concreto.
- No processo executivo, introduz-se água com grande consumo, a qual retorna à superfície
carreando os detritos oriundos da perfuração.
- Os tubos de revestimento são retirados com a aplicação de “golpes de pressão” de ar
comprimido.
Estacas Hélice Contínua
- Possui um trado contínuo com uma haste central com diâmetro de 10 a 12,5 cm e
comprimento de 18 a 32 m que é acionado hidraulicamente por uma mesa rotativa, que aplica
um torque apropriado para a perfuração do terreno.
- Atingida a profundidade desejada, uma bomba injeta concreto para dentro da haste, por meio
de um mangote flexível, ao mesmo tempo em que o trado vai sendo levantado, sem rotacionar,
juntamente com o material escavado contido nas lâminas.
- O furo não fica aberto, à espera da concretagem, como nas escavadas. Além disso, a pressão
de injeção do concreto provoca certo deslocamento do solo ao redor do fuste, melhorando as
suas propriedades.
- Após a concretagem, introduz-se a armadura na estaca por gravidade ou com o auxílio de um
vibrador, operação essa que apresenta certo grau de dificuldade.
- Todas as etapas de execução são monitoradas, registrando-se: a profundidade da ponta do
trado em relação ao nível do terreno; a velocidade de rotação do trado; o torque; a pressão de
injeção e o volume de concreto.
- Essa estaca tem alta produtividade (4.000 a 5.000 m/mês por equipamento) e apresenta a
vantagem de não provocar vibração nas obras vizinhas.
- O comprimento mais usual das estacas é de 20 a 24 m.
Estacas Ômega
- Equipamento semelhante ao da hélice contínua, efetuando os mesmos tipos de monitoramento,
apenas com a ferramenta de corte do solo diferente.
- A ferramenta de corte é um parafuso tronco-cônico, provido de filetes ou hélices apropriadas
para penetrar como um parafuso de ponta cônica e, logo em seguida, empurrar para baixo e para
os lados o solo. O passo da hélice, na estaca ômega, é menor no início da estaca (para facilitar a
penetração) e maior no final. Desse modo, o solo não é retirado e sim empurrado lateralmente,
comprimindo o terreno, o que melhora as suas propriedades.
Estacas Mega
- São muito empregadas como reforço de fundação.
- As estacas mega são constituídas por elementos pré-moldados de concreto, às vezes metálicos,
prensados no terreno através de uma reação e um macaco hidráulico.
Referências Bibliográficas
Aoki, N. e Cintra, J.C.A. (2009). Notas de Aula: Tipos de Fundações e Métodos de Execução.
Departamento de Geotecnia, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo
(SGS/EESC/USP).
ANEXO-A
CARGA DE CATÁLOGO DE ESTACAS
Estacas Cravadas
Pré-moldadas de Concreto
Estaca Dimensão (cm) Carga de
Catálogo (kN)
Pré-moldada vibrada
(quadrada)
c = 6,0 a 9,0 MPa
20 x 20
25 x 25
30 x 30
35 x 35
250
400
550
800
Pré-moldada vibrada
(circular)
c = 9,0 a 11,0 MPa
22
29
33
300
500
700
Pré-moldada protendida
(circular)
c = 10,0 a 14,0 MPa
20
25
33
250
500
700
Pré-moldada centrifugada
(circular)
c = 9,0 a 11,0 MPa
20
23
26
33
38
42
50
60
70
250
300
400
600
750
900
1.300
1.700
2.300
Estacas Cravadas
Aço
Estaca Tipo/Dimensão Carga de
Catálogo (kN)
Trilho usado
a = 80,0 MPa
TR 25
TR 32
TR 37
TR 45
TR 50
2 TR 32
2 TR 37
3 TR 32
3 TR 37
200
250
300
350
400
500
600
750
900
Perfis I e H
a = 80,0 MPa
(correto: descontar 1,5 mm
para corrosão e aplicar
a = 120,0 MPa)
H 6”
I 8”
I 10”
I 12”
2 I 10”
2 I 12”
400
300
400
600
800
1.200
Estacas Cravadas
Madeira
Estaca Tipo/Dimensão Carga de
Catálogo (kN)
m = 4,0 MPa
20
25
30
35
40
150
200
300
400
500
ANEXO-B
CARGA DE CATÁLOGO DE ESTACAS
Estacas Escavadas
Estaca Dimensão (cm) Carga de
Catálogo (kN)
Broca
c = 3,0 MPa
20
25
100
150
Strauss
c = 4,0 MPa
25
32
38
42
45
200
300
450
550
650
Escavada com trado
espiral (a seco)
c = 4,0 MPa
25
30
35
40
45
50
200
300
400
500
650
800
Estaca escavada com
lama bentonítica
(estação)
c = 4,0 MPa
60
80
100
120
140
160
180
200
1.100
2.000
3.000
4.500
6.000
8.000
10.000
12.500
Estaca Barrete
(estaca diafragma)
c = 4,0 MPa
40 x 250
50 x 250
60 x 250
80 x 250
100 x 250
120 x 250
4.000
5.000
6.000
8.000
10.000
12.000
ANEXO-C
CARGA DE CATÁLOGO DE ESTACAS
Outros Tipos de Estacas
Estaca Dimensão (cm) Carga de
Catálogo (kN)
Apiloada
c = 4,0 MPa
20
25
100
200
Franki
c = 6,0 MPa
35
40
45
52
60
600
750
950
1.300
1.700
Raiz
c = 8,0 a 22,0 MPa
10
12
15
20
25
31
100-150
100-250
150-350
250-600
400-800
600-1.050
Hélice Contínua
c = 4,0 a 5,0 MPa
27,5
35
40
50
60
70
80
90
100
250-300
400-500
500-650
800-1.000
1.100-1.400
1.550-1.900
2.000-2.500
2.550-3.200
3.150-3.900
