Fundações diretas ou superficiais em construções de pequeno e médio porte e investigação geotecnica
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ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - Edição nº 10 Vol. 01/ 2015 dezembro/2015
Ronan Correia [email protected];
Projeto, Execução e Controle de Estruturas & Fundações – Turma EEGYN002
Instituto de Pós-Graduação - IPOG
Goiânia, 08 de Junho de 2015.
Resumo
Este artigo tem por objetivo principal o estudo e análise dos diferentes tipos de fundações
superficiais. Serão abordados assuntos referentes ás Fundações Rasas, especificações, as
definições e os fatores que contribuem para a aplicação dos tipos mais utilizados de
fundação. Será dado especial destaque à fundações do tipo superficial (rasas). Apresentadas
as definições, serão aprofundados as abordagens técnicas acerca de tipos de solo e
recalques.
Palavras-chave: Fundação. Sondagens. Projetos. Recalque.
1. Introdução
Este trabalho tem por objetivo principal identificar os tipos de fundações que são usadas em
nossas construções, pois sua importância é muito grande, já que toda a carga exercida pelo
peso da edificação é transferida para esta parte da estrutura, que a repassa às camadas
resistentes do solo, previamente detectadas pelo teste de sondagem e perfil do solo.
Seguindo a ordem de definições, estudo e preparação e projeto, daremos ênfase ao
procedimento das sapatas, para melhor conhecimento.
Fundações são os elementos estruturais com função de transmitir as cargas da estrutura ao
terreno onde ela se apóia (AZEREDO, 1988). Assim, as fundações devem ter resistência
adequada para suportar as tensões causadas pelos esforços solicitantes. Além disso, o solo
necessita de resistência e rigidez apropriadas para não sofrer ruptura e não apresentar
deformações exageradas ou diferenciais.
Para se escolher a fundação mais adequada, devem-se conhecer os esforços atuantes sobre a
edificação, as características e o tipo do solo e dos elementos estruturais que formam as
fundações.
De posse desses dados, analisa-se a possibilidade de utilizar os vários tipos de fundação, em
ordem crescente de complexidade e custos (WOLLE, 1993). Fundações bem projetadas
correspondem de 3% a 10% do custo total da edificação; porém, se forem mal concebidas e
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mal projetadas, podem atingir de 5 a 10 vezes o custo da fundação mais apropriada para
ocaso (BRITO, 1987).
Além de ser algo responsavelmente determinante para a boa estruturação de uma edificação,
as fundações quando aplicadas apropriadamente, representam custos menores e com menos
complicações a obra e seu curso.
2. Definições
Caputo (1977) destaca que a fundação é parte de uma estrutura que transmite ao terreno a
carga da obra.
A solidez de uma obra depende sempre de uma fundação bem dimensionada a engenharia já
evoluiu tanto a ponto de garantir que até as estruturas mais pesadas mantenham-se estáveis,
sem recalques, mesmo em solos ruins.
Consegue-se esse resultado através de uma variedade de sistemas, equipamentos e processos
executivos, restando o desafio de identificar a maneira de execução mais adequada de acordo
com as peculiaridades da obra e do terreno.
O estudo de toda fundação compreende em duas etapas necessárias e distintas:
a) cálculo das cargas atuantes sobre a fundação;
b) estudo do terreno.
Com esses dados, passa-se à escolha do tipo de fundação, tendo em vista que:
1) as cargas de estrutura devem ser transmitidas às camadas de terreno capazes de suportá-
las sem ruptura;
2) as deformações das camadas de solo subjacentes às fundações devem ser compatíveis
com as de estrutura;
3) a execução das fundações não deve causar danos às estruturas vizinhas;
4) ao lado do aspecto técnico, a escolha do tipo de fundação deve atender também ao
aspecto econômico.
2.1- Fundações Diretas, Rasas ou Superficiais
Segundo a Norma (NBR 6122), Elementos de fundação em que a carga é transmitida ao
Terreno, predominantemente pelas pressões distribuídas sob a base da fundação, e em que a
profundidade de assentamento em relação ao terreno adjacente é inferior a duas vezes a menor
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(a) Bloco
(b) Sapata
(c) Sapata corrida
(d) Radier
dimensão da fundação. Incluem-se neste tipo de fundação as sapatas, os blocos, os radier, as
sapatas associadas, as vigas de fundação e as sapatas corridas.
A escolha do tipo a ser usado nas fundações será definida pelo profissional engenheiro a partir
do resultado do estudo de sondagens e reconhecimento do solo.
As fundações diretas podem ser subdivididas em rasas e profundas onde, incluem-se no
primeiro tipo as sapatas, os blocos, o radier, as sapatas associadas, as vigas de fundação e as
sapatas corridas. Por serem do tipo Rasas, não atingem grandes profundidades.
A fundação rasa, objeto deste estudo, se caracteriza pelo fato da camada de suporte está
próxima à superfície do solo (profundidade até 2,5 m) (FABIANI, s.d.), ou quando a cota de
apoio é inferior à largura do elemento da fundação (BRITO 1987).
Em terreno compressível, bem compactado é possível o emprego de fundação em superfície
quando for econômico aprofundarem-se as fundações de tal forma que o peso do terreno
escavado e retirado, para a construção, seja aproximadamente igual ao peso total da construção.
A figura 1 mostra alguns tipos de fundação.
Fundações Diretas
Alicerces - são estruturas executadas
pelo assentamento de pedras ou tijolos maciços recozidos, em valas de pouca profundidade, e
largura variando conforme a carga das paredes.
Bloco – Elemento de fundação superficial de concreto, dimensionado de modo que as tensões
de tração nele produzidas possam ser resistidas pelo concreto, sem necessidade de armadura.
Pode ter suas faces verticais, inclinadas ou escalonadas e apresentar normalmente em planta
Figura 1 - Tipos de funadações Fonte: Hachich et al, 1998.
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Onde:
a = uma das dimensões do bloco.
a0 = a dimensão do pilar na mesma
direção.
seção quadrada ou retangular. Suas faces podem ser verticais, inclinadas ou escalonadas, com
base quadrada ou retangular.
De acordo com o NBR 6118-03, são considerados rígidos os blocos que, assim como as
sapatas, a altura h respeita a relação:
𝒉 ≥𝐚 − 𝐚𝟎
𝟑
Sapata – Elemento de fundação superficial de concreto armado, dimensionado de modo que
as tensões de tração nele produzidas não sejam resistidas pelo concreto, mas sim pelo
emprego da armadura. Pode possuir espessura constante ou variável, sendo sua base em
planta normalmente quadrada, retangular ou trapezoidal. (Figura 2)
A norma reconhece ainda outros tipos de sapatas:
Sapata corrida ou contínua – elemento de concreto armado com espessura variável ou
constante, base retangular, quadrada ou trapezoidal comum a vários pilares cujos centros em
planta sejam desalinhados.
Sapata associada– elemento de fundação utilizado quando a mesma carga é comum a vários
pilares, mesmo estes não possuindo seu centro de cargas no mesmo alinhamento.
Viga alavanca– elemento de fundação superficial comum a vários pilares, cujos centros, em
planta, estejam situados no mesmo alinhamento. “Usualmente conhecidos como vigas
baldrames”.
Radier – Os radiers são produzidos geralmente em solos de baixa resistência onde se utiliza
uma grande área de apoio para contrabalancear a baixa resistência do terreno. São de custo
geralmente elevado se comparado com os outros tipos de fundações rasas, e dependendo das
Figura 2 - Fundação Tipo Sapata rasa
Fonte: revista de arquitetura e construção, Jun 2003 Figura 3 - Fundação Tipo Radier
Fonte: Revista Arquitetura e Construção, Jun 2003
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características do solo a fundação pode não acompanhar por igual os recalques do solo o que
acabará em danos a estrutura. (Figura 3)
São fundações que recebe a carga de todos os pilares da obra. Para Alonso (1993), este tipo de
fundação só é vantajoso quando a área ocupada pela fundação abranger no máximo de 50 a
70% da área disponível do terreno. Enfatiza que não se deve executar tal tipo de fundação em
caso do solo ser considerado aterros que não receberam a devida compactação, solos como
argilas moles, areias fofas e onde haja existência de água.
O fato de o radier ser uma peça inteiriça pode lhe conferir uma alta rigidez, o que muitas
vezes evita grandes recalques diferenciais (BRITO 1987).
3. Sondagens
É um procedimento geotécnico feito para que se possa analisar o tipo de solo a ser implantada
uma fundação. É um procedimento bastante utilizado na construção civil, também conhecido
como Sondagem à percussão, que tem como objetivo conhecer o tipo de terreno (argila, areia,
rocha e etc.), as camadas que constituem os solos, suas resistências, nível do lençol freático e
outras características que permitirão definir e dimensionar o tipo de fundação mais adequado
da obra ou até mesmo, decidir pela necessidade de estudos geológicos mais aprofundados.
“O uso de métodos racionais de analises aplicadas a soluções de Projetos
Geotécnicos pressupõe o conhecimento do solo, suas propriedades e comportamentos
obtidos através de ensaios in situ” (SCHNAID 2000).
Em uma sondagem pretende-se conhecer:
- O tipo de solo atravessado com a retirada de uma amostra deformada a cada metro
perfurado;
- Resistência (N) oferecida pelo solo à cravação do amostrador - padrão a cada metro
perfurado.
- A posição do nível ou dos níveis d’água, quando encontrados durante a perfuração.
Segundo Schnaid(2000), o ensaio SPT constitui-se em uma medida de resistência dinâmica
conjugada a uma sondagem de simples reconhecimento. A perfuração é realizada por
tradagem e circulação de água utilizando um trepano de lavagem com ferramenta de
escavação.
Amostras representativas do solo são coletadas a cada metro de profundidade por meio de
amostragem padrão, de diâmetro externo de 50mm. O procedimento de ensaio consiste na
cravação deste amostrador no fundo de uma escavação (revestida ou não) usando um peso de
65kg, caindo de uma altura de 750mm (ver Figuras 4 e 5). O valor NSPT é o número de
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Figura 4 – Ilustração do ensaio SPT
Fonte: Schnaid, 2000.
golpes necessário para fazer o amostrador penetrar 300mm após uma cravação inicial de
150mm.
As vantagens deste ensaio com relação aos demais são: simplicidade no equipamento, baixo custo e
obtenção de um valor numérico de ensaio que pode ser relacionado com regras empíricas de projeto
(SCHNAID, 2000).
A interpretação dos resultados para fins de projetos geotécnicos pode ser obtida mediante
duas abordagens distintas:
a) Métodos indiretos: nesta abordagem os resultados do ensaio são utilizados na previsão
de parâmetros constitutivos, representativos do comportamento do solo.
b) Métodos diretos: resultados de SPT são aplicados diretamente na previsão de
capacidade. Conforme o NSPT encontrado nas sondagens, é possível determinar a classificação
dos solos conforme Tabela encontrada da NBR 6484/01.
Figura 5 - Seção esquemática do amostrador
Fonte: Schnaid, 2000
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ABNT, 2001
Cargas Admissíveis
Todo o solo de apoio de fundação apresenta uma carga admissível, carga essa que não deve
ser ultrapassada para que não haja colapso ou problemas de ordem estrutural posteriormente.
Oliveira (1985, p. 39) afirma que a carga admissível “... é a maior carga transmitida pela
fundação que o terreno admite, em qualquer caso, com adequada segurança à ruptura e
sofrendo deformações compatíveis com a sensibilidade da estrutura aos deslocamentos da
fundação”.
Barata (1980, p. 115), afirma, “no caso de fundações diretas, tanto se trabalha com carga Q,
como com pressões médias p, sendo a pressão média”.
Tensão Admissível do Solo
Na visão de Schnaid (2000), alguns projetos de fundação envolvem a estimativa da tensão
admissível que pode ser aplicada no terreno. Esta pode ser representada pela multiplicação do
valor de k do solo pelo valor do NSPT, conforme equação abaixo.
σadm = k. Nspt
O valor k é dependente do tipo de solo, da geometria do caso e dos recalques que podem
ocorrer. Esses três fatores tornam k um valor genérico. Este, portanto, deve ser visto com certa
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cautela. Schnaid (2000) apresenta muma tabela da magnitude nas tensões admissíveis para
anteprojetos, criada por Milititsky e Schnaid em 1995
Tensão admissível para solos coesivos
Fonte: Schnaid, 2000
4. Projeto
“Fundações são elementos estruturais cuja função é transmitir as cargas da estrutura para o
terreno onde ela se apóia”, essa definição já é bem conhecida e é a partir dela que se
desenvolve um Projeto de Fundação. Leva-se em consideração todas as analises que se
possa ter para elaborar um bom projeto de acordo com as reais necessidades do solo e da
edificação.
O sistema de fundações é formado pelo elemento estrutural do edifício que fica abaixo do
solo (podendo ser constituído por bloco, estaca ou radier, objetos deste estudo) e o maciço
de bloco envolvente sob a base e ao longo do fuste.
Convencionalmente, é repassado ao projetista de fundação as cargas que serão transmitidas
aos elementos de fundação. Confrontando essas informações com as características do solo
onde será edificado, conhecidas através de testes de sondagens (por isso a necessidade da
Sondagem SPT), o projetista de fundações calcula o deslocamento desses elementos e
compara com os recalques admissíveis da estrutura, ou seja, primeiro elabora-se o projeto
estrutural e depois o projeto de fundação.
Quando o projeto estrutural é elaborado, em separado do projeto de fundação, considera-se,
durante o dimensionamento das estruturas, que a fundação terá um comportamento rígido,
indeslocável. Essas fundações, quando carregadas, se deformam e resultam deslocamentos
verticais (recalques), horizontais e rotações, prejudicando a hipótese usual de apoios
indeslocáveis, contribuindo para uma redistribuição de esforços nos elementos da estrutura.
Segundo VELLOSO e LOPES (2004, pg.13), os elementos necessários para um bom
projeto de fundação são:
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- Levantamento topográfico;
- Dados sobre taludes e encostas no terreno;
- Dados sobre erosão;
- Investigação do solo (preliminar e complementar);
- Dados ecológicos e Geotécnicos;
- Tipo e uso que terá a obra;
- Sistema construtivo;
- Cargas;
- Número de pavimentos, carga media por pavimento;
- Tipo de estruturas e fundações;
- Desempenho das fundações;
- Possíveis conseqüências de escavações e vibrações provocadas pela obra,
(sobre as construções vizinhas).
YOPANAN (2008) complementa estes documentos para compor um projeto:
- Relatório de execução de sondagem;
- Planta de locação dos pilares e das cargas que serão transmitidas ao solo;
- Parecer Técnico de fundações, definindo o tipo da fundação;
- Planta de locação do tipo de fundação definida;
- Planta de fôrma de toda a fundação;
- Planta de armação das vigas baldrames.
Seguindo todas essas informações é possível calcular de forma mais econômica e correta, o
tipo de fundação própria a cada edificação. Alguma deformação que o solo venha a sofrer
acaba abalando as fundações e conseqüentemente a estrutura da obra, os chamados
recalques.
Sapatas
Fundação do tipo SAPATA, é um elemento de fundação de concreto armado.
Diferentemente dos blocos que trabalham a compressão simples, as sapatas trabalham a
flexão. Sendo executadas utilizando armaduras, de forma a resistir a esforços de tração, as
sapatas têm, em geral, uma altura menor que os blocos. Considerada fundação rasa ou
direta, a sapata transmite a carga da edifícação ao terreno através das pressões distribuídas
sob sua base. As fundações superficiais estão assentadas a uma profundidade de até duas
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vezes a sua menor dimensão em planta. As sapatas se dividem de acordo com as
necessidades de cada terreno.
SAPATAS
Sapatas Isoladas - São aquelas fundações superficiais que transmitem para solo, através de
sua base, a carga de um pilar ou um conjunto de pilares. Transmite ações de um único pilar,
que pode estar centrado ou excêntrico; pode ser retangular, quadrada, circular, etc.,
Em geral é a mais utilizada, por ser mais econômica e pelo fato de consumir menos concreto e
exigir trabalho mais simples no desenvolver das fôrmas. Em caso de uso dos pilares circulares
ou quadrado, a sapata deve ter seu centro de gravidade coincidente ao centro de cargas do
pilar.
Sapatas Corridas - A sapata corrida é um tipo de fundação contínua que recebe a carga das
paredes e apoia-se diretamente sobre o terreno. Têm formato de viga e pode ser feita de
concreto simples ou armado, solocimento e canaletas, onde a transferência de carga é feita
linearmente. As sapatas corridas são sucedâneas dos alicerces, para paredes mais carregadas
ou solos menos resistentes e trabalham a flexão, ao contrario dos alicerces que trabalham a
compressão simples.
Detalhes Construtivos da Sapata Corrida
• A largura da base da sapata deve ser, no mínimo, o dobro, da largura da parede que sobre ela
repousa.
• A altura, deste a base da sapata até a base da parede, ser pelo menos igual a 2/3 da espessura
da parede na sua base.
• Abaixo da base da sapata de alvenaria, deve ser executada uma placa de concreto armado,
em trechos em nível, moldada in loco, de no mínimo 10cm de espessura de cada lado da
sapata de alvenaria, ao fundo da vala deve ser nivelado e apiloado e revestido com uma
camada de 10cm de concreto magro.
Sapatas Associadas - São aquelas que transmitem as ações de dois ou mais pilares
adjacentes. São utilizadas quandonão é possível a utilização sapatas isoladas para cada pilar,
Isoladas
Corridas
Associadas
Alavancadas
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por estarem muito próximas entre si, o que provocaria a superposição de suas bases (em
planta). Convém empregar uma única sapata para receber as ações de dois ou mais pilares.
O centro de gravidade da sapata normalmente coincide com o centro de aplicação das cargas
dos pilares. Para condições de carregamento uniformes e simétricas, as sapatas associadas
resultam em uma sapata corrida simples, de baseretangular. Entretanto, quando as cargas dos
pilares apresentam diferenças relevantes, a imposição de coincidir o centróide da sapata com
o centro das cargas dos pilaresconduz ou a uma sapata de base trapezoidal (em planta) ou a
sapatas retangulares com balanços livres diferentes (em planta). Nesse caso convém empregar
uma única sapata para receber as ações de dois ou mais pilares.
Usualmente, as sapatas associadas são projetadas com viga de rigidez(enrijecimento), cujo
eixo passa pelo centros de cada pilar.
Sapatas Alavancadas - São aquelas que interligadas por uma viga alavanca ligada entre duas
sapatas. É muito utilizada em divisa de terrenos ou quando existe algum obstaculo
impossibilitando a proximidade da fundação. A peça nao consegue ter o centro de gravidade e
o centro das cargas coincidentes. Para compensar a excentricidade das cargas é necessario
transferir parte dos esforços para uma sapata proximo ao meio de uma viga alavancada.
4.1-Considerações sobre o dimensionamento
Para que seja dimensionada e escolhida o tipo da fundação a ser empregada, devem-se
analisar todos os elementos que estejam envolvidos, tais como, as cargas estruturais a
serem lançadas na fundação e o tipo de solo a no qual serão descarregadas essas cargas.
Essa informação é fornecida através do estudo de sondagem deste solo, o que ajudará a
evitar futuros problemas e até mesmo rupturas, fissuras e rachaduras na edificação.
A capacidade de carga de um solo, σr, é a pressão que, aplicada ao solo através de uma
fundação direta, causa a sua ruptura. Alcançada essa pressão, a ruptura é caracterizada por
recalques incessantes, sem que haja aumento da pressão aplicada.
A pressão admissível σadm de um solo, é obtida dividindo-se a capacidade de carga σr por
um coeficiente de segurança η, adequado a cada caso.
𝛔𝐚𝐝𝐦 =𝛔𝐫
𝛈
A determinação da tensão admissível dos solos é feita através das seguintes formas:
• Pelo cálculo da capacidade de carga, através de fórmula teórica;
• Pela execução de provas de carga;
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Onde: Asap= Área da sapata.
p = Carga sobre a sapata.
σs= Tensão admissível do solo.
Figura 6 - Ilustração da sapata
Fonte: Yopanan, 2008.
•Pela adoção de taxas advindas da experiência acumulada em cada tipo de região
razoavelmente homogênea.
Os coeficientes de segurança em relação à ruptura, no caso de fundações rasas, situam-se
geralmente entre 3 (exigidos em casos de cálculos e estimativas) e 2 (em casos de
disponibilidade de provas de carga).
O reconhecimento do solo para efeito de instalação de uma infra-estrutura, inicialmente é feita
mediante sondagem a percussão (SPT), em pontos escolhidos e distribuídos na área em estudo
a uma profundidade que inclua todas as camadas dos solos que poderão ser influenciadas
pelos carregamentos suportados pela fundação (MORAES,1976).
Segundo ainda MORAES, o número de furos de sondagem vai depender da dimensão da área
ocupada pela obra, devendo ser previsto um mínimo de furos, como mostra a tabela abaixo.
Tabela –
Número
de pontos de sondagens de acordo com a área construída - Fonte: Moraes, 1976
Dimensionamento das fundações superficiais (Tipo Sapata Isolada)
A área da sapata isolada é dimensionada em função da carga aplicada [p] (carga de pilares ou
apoio de vigas baldrames) e a resistência do solo (σ).
𝐀𝐬𝐚𝐩 =𝐩
𝛔𝐬
Nota: A σs é obtida pelo SPT (N) da sondagem.
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Figura 6 – Ilustração deSapata
Fonte: Yopanan, 2008.
Figura 6 – Ilustração deSapata
Fonte: Yopanan, 2008.
Figura 8 – Momento Fletor max. da seção
Fonte: Yopanan, 2008.
Figura 7 – Momento Fletor max. da seção
Fonte: Yopanan, 2008.
Para a sapata quadrada, aplica-se a formula seguinte:
𝑨 = 𝑩 = √𝐀𝐬𝐚𝐩
Sapata retangular:
- Normalmente usada para pilares retangulares;
- Relação entre as dimensões A e B são mais econômicas;
- Os momentos fletores devem ser iguais em relação as faces a e b do pilar.
Momento Fletor da Sapata
- Na (fig.7 e 8), a tensão (σs) aplicada pela sapata ao solo, é a responsável pela flexão das
sapatas.
- A resultante da reação do solo é igual a carga (P) aplicada pelo pilar.
Ma = Mb
A-B = a-b
Asap = AxB
Do sistema temos:
𝐵 =(b + a)
2+
√(𝑏 + 𝑎)2
4+ Asap
𝐴 =Asap
B
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Onde: Asap= Área da sapata.
p = Carga sobre a sapata.
σs= Tensão admissível do solo.
A e B = Lados da sapata.
a e b = Faces do pilar.
Onde: P = Carga aplicada.
a e b = Dimensão do pilar.
h = Altura da sapata.
a) A escolha do tipo de fundação é definida através do laudo de sondagem. O critério usado
para fundações superficiais é 𝑁 ≥ 8, para profundidade ate 2m.
b) Determinação da resistência do solo (σs) usando a tabela do IPT (Instituto de Pesquisas
Tecnológicas) para o tipo de solo predominante no primeiro metro, número de golpes (spt),
taxa do solo (kgf/cm²).
c) Dimensionamentos de sapatas:
Asap =p
σs
SAPATAS QUADRADAS
𝐴 = 𝐵 = √Asap
SAPATAS RETANGULAR
𝑩 =(𝐛+𝐚)
𝟐+
√(𝒃+𝒂)𝟐
𝟒+ 𝐀𝐬𝐚𝐩
𝑨 =𝐀𝐬𝐚𝐩
𝐁
Calculo da punção (τ)
Apunção= 2[(a + h) + (b + h)] x h
𝛕 =𝑷
𝑨𝒑𝒖𝒏çã𝒐
Altura da sapata adotada 30% do lado maior, sendo que a sua dimensão não pode ser menor
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- Cálculo do momento fletor máximo paralelo ao lado menor da sapata.
- Cálculo do momento fletor máximo paralelo ao lado maior da sapata.
que 0,60m para obras de pequeno porte e 0,80m para as de maior porte.
d) Dimensionamento da armação
Cálculo da armação para Ma paralelo ao lado (A).
O coeficiente C não deverá ser superior ao valor:
𝐶𝑙𝑖𝑚 = 0,14 𝑓𝑐𝑘
Onde: fck = resistência característica do concreto estipulada no projeto.
Caso o valor de 𝐴𝑠 =𝑀
𝑏 𝑥 𝑑² seja maior que 𝐶𝑙𝑖𝑚, deverá ser aumentada a altura da sapata.
A 𝐴𝑠 mais econômica gira entre 15 e 20 kgf/cm² onde a armação é calculada pela relação:
𝐴𝑠 =2𝑚
𝑓𝑦 𝑥 𝑑
Normalmente é usada para armação do concreto armado o aço CA50, e como a tensão de
𝐴𝑠 =Ma
bw+d² d = h-3cm
𝐴𝑠 =Ma
2500 x d
Onde: As= Área da armação necessária.
Ma = Momento fletor atuante.
bw = Largura da seção.
d = Altura útil da seção.
a e b = Faces do pilar.
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escoamento do aço é fy= 5.000 kgf/cm² Logo a relação será simplificada para:
𝐴𝑠 =𝑀
2500 𝑥 𝑑
5. Recalque
Recalque, na área da Engenharia Civil, significa um fato que ocorre quando uma edificação
sofre um rebaixamento devido ao adensamento do solo(diminuição dos seus vazios) sob sua
fundação. É um desnivelamento de uma estrutura, piso ou terrapleno, devido à deformação do
solo.
Todos os tipos de solos, quando submetido a uma carga, sofrem recalques, inevitavelmente,
em maior ou menor grau, dependendo das propriedades de cada solo e da intensidade do
carregamento. Os recalques geralmente tendem a cessar ou estabilizar após certo período de
tempo, mais ou menos prolongado, e que depende das peculiaridades geotécnicas dos solos.
Por exemplo, recalques em solos arenosos, podem se estabilizar em poucas horas ou dias, já o
recalque em solos argilosos moles tendem a cessar ou estabilizar somente após algumas
décadas.
O aparecimento de trincas e fissuras generalizadas nas alvenarias das construções, decorrentes
de recalques diferenciais em solos colapsíveis, exige reparações muitas vezes incompatíveis
com o baixo custo dessas moradias, inviabilizando economicamente sua recuperação
estrutural. Em solos argilosos moles, em virtude da elevada magnitude dos recalques
diferenciais, o fator econômico também pode se tornar um obstáculo para a recuperação total
ou parcial dos edifícios de modo a garantir as mesmas condições de funcionalidade e
desempenho estrutural antes da ocorrência dos recalques.
Na movimentação das fundações, segundo Milititsky, Jarbas; Consoli, Nilo Cesar e Schnaid,
Fernando, Oficina de Textos/2008: “A manifestação reconhecível de ocorrência de
movimento das fundações é o aparecimento de fissuras nos elementos estruturais. Toda vez
que a resistência dos componentes da edificação ou conexão entre elementos for superada
pelas tensões geradas por movimentação, ocorrem fissuras.”
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Figura 9 – Fissuras típicas causadas por recalques de fundações de pilares internos (MILITITSKY, Jarbas;
CONSOLI, Nilo Cesar; SCHNAID, Fernando; Patologia das Fundações, pag. 24; São Paulo, 2008)
5.1 Recalques repentinos e de grandes proporções em solos colapsíveis
São chamados colapsíveis os solos que, quando submetidos a um determinado
tipo de carregamento (por exemplo, peso de uma construção) e umedecidos por
infiltração de água de chuva, vazamentos em rede de água e de esgoto ou ascensão do
lençol freático sofrem uma espécie de colapso da sua estrutura. Este tipo de recalque é
chamado de “colapso“ e o solo é classificado como “colapsível“. Os colapsos de solo
podem ocasionar notáveis trincas e fissuras nas alvenarias das construções, podendo
causar inclusive sérios danos e comprometimento estrutural nas edificações e sua
posterior interdição. As regiões tropicais apresentam condições ideais para o
desenvolvimento de solos colapsíveis, principalmente em locais onde se alternam
estações de relativa seca e de precipitações intensas ou em regiões áridas e semi-
áridas.
Possíveis causas de Recalques
Falta de homogeneidade do solo;
Consolidação do aterro carregado, onde nas camadas mais altas de aterro recalcam mais do
que as baixas;
Rebaixamento do lençol freático; o lado da edificação, que se localiza onde houver maior
rebaixamento do lençol sofre mais danos;
Presença de água nas fundações aumentando a deformabilidade em solos argilosos;
Fundações rasas pode causar recalques nas sapatas diminuindo a capacidade resistente do
solo de apoio;
Recalque por adensamento em solos de menor valor do SPT adotado abaixo da cota de apoio
da fundação;
Recalque na fundação menor, devido ao bulbo de pressão por uma obra maior onde causa
recalque na obra de menor porte;
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Recalque desbalanceado estruturalmente causado por sobre carregamento de uma sobre a
outra;
Recalque devido a movimento de corpo rígido a fissura, aparecendo na justaposição entre as
obras.
A diferença entre os recalques de dois elementos de uma fundação denomina-se recalque
diferencial. O recalque diferencial impõe distorções aos elementos estruturais das edificações
de tal forma que, dependendo de sua magnitude, poderão gerar fissuras ou trincas na mesma.
5.2 Recalque diferencial devido a erros na execução:
Recalque nas fundações superficiais em função da presença de lama ou terra solta na
base da sapata;
Recalque de sapatas sobre areia causada por vibrações de fundação profunda cravada na
vizinhança.
Defini-se recalque como sendo o deslocamento vertical para baixo sofrido pela base da
fundação em relação à superfície devido adensamento do solo.
Figura 10 – Recalques
A Torre de Pisa, é um exemplo clássico de obra que promoveu um grande adensamento do
solo sob suas fundações gerando um elevado nível de recalque diferencial. Outro exemplo
bastante citado no Brasil são os prédios na orla da cidade de Santos.
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Figura 11 – Recalques diferenciais na Torre de Pisa, e em edificações construídas sobre sedimentos de argilas moles na orla
de Santos (Fonte: Hachich, 1997).
5.3- Recalques Imediatos
O cálculo de recalque para solos não coesivos (solos granulares), solos para os quais a teoria
do adensamento não é aplicada (argilas e siltes não saturados), e o recalque por distorção de
solos argilosos saturados pode-se calcular através da seguinte equação, baseada na teoria da
elasticidade.
Onde:
q = tensão média aplicada
B = menor dimensão da sapata
Es = módulo de elasticidade do solo
M = momento aplicado
L = maior dimensão da sapata
Iw e Im = fatores de influência
= ângulo de rotação da sapata com a horizontal
Valores de Influência para cálculo de Recalques Imediatos
m
s
IELB
M.
1.
.tan
2
2
W
s
II
EBqW .
1..
2
dzWZ
yE
xZz ..
1
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2
Tabela - fator de influencia Iρ
Fonte: Perloff e Baron 1976 apud Cintra el al, 2003
MÉTODO DE TERZAGHI E PECK (1948).
Terzaghi e Peck (1948, 1967, apud VELLOSO & LOPES, 2010) propõem a seguinte
formulação para obtenção de uma tensão aplicada ao solo associada a um recalque de1
polegada:
𝑞𝑎𝑑𝑚 = 4,4 (N − 3
10) (
B + 1´
2B)
Onde:
𝑞𝑎𝑑𝑚= tensão em kgf/cm², que produz s = 1”;
B = menor dimensão em pés do elemento de fundação (B _ 4’);
N = índice de resistência a penetração Nspt na profundidade de assentamento da fundação.
No caso de um nível d’água superficial ou próximo a profundidade de assentamento,
recomenda-se a redução do valor de 𝑞𝑎𝑑𝑚 pela sua metade.
Modelo mecânico de Terzaghi
O processo de consolidação é explicado, freqüentemente, com um sistema idealizado por
Terzaghi, onde o solo é representado por uma mola cuja deformação é proporcional à carga
sobre ela aplicadaO solo saturado pode então ser imaginado como uma mola dentro de um
cilindro cheio de água. O cilindro tem um pequeno furo no seu êmbolo, por onde a água pode
sair lentamente representando assim a sua baixa permeabilidade.
Sapata flexível - Iw Sapata rígida Forma
Centro Borda Média Iw Im
Circular 1,00 0,64 0,85 0,79 6,0
Quadrada 1,12 0,56 0,95 0,82 3,7
Retangular:
L/B = 1,5
1,36 0,68 1,15 1,06 4,12
L/B = 2 1,53 0,77 1,30 1,20 4,38
L/B = 5 2,10 1,05 1,83 1,70 4,82
L/B = 10 2,54 1,27 2,25 2,10 4,93
L/B = 100 4,01 2,00 3,69 3,40 5,06
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Figura 12 – Modelo mecânico de Terzaghi
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ensaio_edom%C3%A9trico
Teoria do adensamento de solos de Terzaghi em analogia com um sistema mecânico.
O modelo mecânico de Terzaghi, representado na figura acima, tem seu
funcionamento conforme descrito a seguir.
1. O cilindro cheio d'água, e com a mola dentro, estão em equilíbrio e representam o solo
saturado;
2. É aplicado um carregamento sobre o pistão. Nesse momento a água é que sustenta toda a
carga, pois ela pode ser considerada incompressível;
3. À medida que a água é drenada pelo orifício, parte do carregamento passa a ser suportado
pela mola que vai encolhendo e aumentando sua resistência. O solo está adensando;
4. O sistema volta ao equilíbrio pois a pressão da água foi toda dissipada e a mola, que
representa a estrutura sólida do solo, suporta a carga sozinha. É o fim do adensamento.
6. Conclusão
Tomando conhecimento de todas as definições, pode-se concluir com maior certeza de que o
melhor tipo de fundação é aquele que suporta as cargas da estrutura com segurança e se
adéqua aos fatores topográficos, tipos de solos, aspectos técnicos e econômicos.
A interação entre os projetos estrutural e o projeto de fundações é de fundamental importância
para a execução de uma fundação segura e bem elaborada, onde, uma vez que hajam
mudanças em um projeto, imediatamente ocorrem alterações no outro.
Com estudos de solo e a elaboração dos projetos em conformidade com as normas técnicas e
respeitando todas as margens de segurança, é possível ter umas fundações coerentes com as
necessidades da edificação, reduzindo ao máximo o risco de ocorrência de recalques futuros.
A realização prévia de uma investigação geotécnica para conhecer as características do solo
que as fundações atravessarão é imprescindível, não somente para poder estar visando evitar
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as ocorrências de recalques indesejáveis e garantir um bom desempenho dos sistemas de
fundações, mas sim evitar danos imensurável ao meio ambiente e também econômico, pois
algumas edificações possuem trincas e fissuras muito grandes sendo a sua reparação
incompatível com o custo destas construções
Referências Bibliográficas
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