Fundações - Apostilas - Matemática, Notas de estudo de Matemática

Baixe Fundações - Apostilas - Matemática e outras Notas de estudo em PDF para Matemática, somente na Docsity! ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE CONSTRUÇÃO CIVIL PCC-2435: Tecnologia da Construção de Edifícios I _______________________________________________________________ Fundações _______________________________________________________________ ABRIL / 1996 Revisão: Profa. Mercia Barros – fevereiro de 2003 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ......................................................................................................................................1 2. INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO ........................................................................................................1 3. TIPOS DE FUNDAÇÕES......................................................................................................................3 3.1 BLOCOS E ALICERCES..............................................................................................................................4 3.2 SAPATAS..................................................................................................................................................6 3.2.1 Sapatas isoladas .............................................................................................................................6 3.2.2 Sapatas corridas .............................................................................................................................7 3.2.3 Sapatas associadas .........................................................................................................................8 3.2.4 Sapatas alavancadas ......................................................................................................................8 3.3 RADIERS..................................................................................................................................................9 3.4 TUBULÕES.............................................................................................................................................10 3.4.1 Tubulões a céu aberto...................................................................................................................10 3.4.2 Tubulões com ar comprimido .......................................................................................................12 3.5 ESTACAS DE MADEIRA ..........................................................................................................................14 3.6 ESTACAS METÁLICAS ............................................................................................................................14 3.7 ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO .............................................................................................15 3.7.1 Estacas Mega................................................................................................................................17 3.8 BROCAS.................................................................................................................................................18 3.9 ESTACAS STRAUSS ................................................................................................................................19 3.10 ESTACAS FRANKI.................................................................................................................................20 3.11 ESTACAS RAIZ.....................................................................................................................................22 3.12 ESTACAS ESCAVADAS E BARRETES.....................................................................................................24 4. ARRASAMENTO DE ESTACA.........................................................................................................28 BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................................................30 3 3. TIPOS DE FUNDAÇÕES As fundações se classificam em diretas e indiretas, de acordo com a forma de transferência de cargas da estrutura para o solo onde ela se apóia. Fundações diretas são aquelas que transferem as cargas para camadas de solo capazes de suportá- las (FABIANI, s.d.), sem deformar-se exageradamente. Esta transmissão é feita através da base do elemento estrutural da fundação, considerando apenas o apoio da peça sobre a camada do solo, sendo desprezada qualquer outra forma de transferência das cargas (BRITO, 1987). As fundações diretas podem ser subdivididas em rasas e profundas. A fundação rasa se caracteriza quando a camada de suporte está próxima à superfície do solo (profundidade até 2,0 m) (FABIANI, s.d.), ou quando a cota de apoio é inferior à largura do elemento da fundação (BRITO, 1987). Por outro lado, a fundação é considerada profunda se suas dimensões ultrapassam todos os limites acima mencionados. Figura 2.2 – Perfil do terreno, a partir da avaliação por sondagem à percussão. 4 Fundações indiretas são aquelas que transferem as cargas por efeito de atrito lateral do elemento com o solo e por efeito de ponta (FABIANI, s.d.). As fundações indiretas são sempre profundas, em função da forma de transmissão de carga para o solo (atrito lateral) que exige grandes dimensões dos elementos de fundação. A Tabela 3.1 apresenta uma classificação com os vários tipos de fundação. Fundações diretas rasas blocos e alicerces sapatas corrida isolada associada alavancada radiers Fundações diretas profundas tubulões céu aberto ar comprimido Fundações indiretas brocas estacas de madeira estacas de aço estacas de concreto pré-moldadas estacas de concreto moldadas in loco Strauss Franki Raiz Barrete/Estacão Tabela 3.1: Tipos de fundação 3.1 Blocos e Alicerces Este tipo de fundação é utilizado quando há atuação de pequenas cargas, como, por exemplo, um sobrado. Os blocos são elementos estruturais de grande rigidez, ligados por vigas denominadas “baldrames”. Suportam predominantemente esforços de compressão simples provenientes das cargas dos pilares. Os eventuais esforços de tração são absorvidos pelo próprio material do bloco. Podem ser de concreto simples (não armado), alvenarias de tijolos comuns (Figura 3.1) ou mesmo de pedra de mão (argamassada ou não). Geralmente, usa-se blocos quando a profundidade da camada resistente do solo está entre 0,5 e 1,0 m de profundidade (BRITO,1987). Figura 3.1: Bloco em alvenaria de tijolos 5 Os alicerces, também denominados de blocos corridos, são utilizados na construção de pequenas residências e suportam as cargas provenientes das paredes resistentes, podendo ser de concreto, alvenaria ou de pedra (Figura 3.2). Figura 3.2: Tipos de alicerce O processo de execução de um alicerce consiste em: 1. escavação: executar a abertura da vala; 2. promover a compactação da camada do solo resistente, apiloando o fundo; 3. colocação de um lastro de concreto magro (90 kgf/cm2) de 5 a 10 cm de espessura; 4. execução do embasamento, que pode ser de concreto, alvenaria ou pedra; 5. construir uma cinta de amarração que tem a finalidade de absorver esforços não previstos, suportar pequenos recalques, distribuir o carregamento e combater esforços horizontais. A cinta de amarração pode ser de concreto armado, mas muitas vezes, utiliza-se a própria alvenaria como fôrma lateral; 6. camada impermeabilizante: sua função é evitar a subida da umidade por capilaridade para a alvenaria de elevação; sua execução deve evitar descontinuidades que poderão comprometer seu funcionamento. São diversos os sistemas de impermeabilização empregados, sendo hoje muito comum o emprego de argamassas poliméricas ou mesmo emulsões asfáticas ou acrílicas. A impermeabilização deverá se estender pelo menos 10 cm para baixo do topo da alvenaria de embasamento. Deve-se, ainda, observar com cuidado: 8 anteriormente abordado). Caso contrário, ou ainda para profundidades maiores do que 1,0 m, torna-se mais adequado e econômico o uso do concreto armado (Figura 3.5). Figura 3.5: Sapata corrida 3.2.3 Sapatas associadas Um projeto econômico deve ser feito com o maior número possível de sapatas isoladas. No caso em que a proximidade entre dois ou mais pilares seja tal que as sapatas isoladas se superponham, deve-se executar uma sapata associada. A viga que une os dois pilares denomina-se viga de rigidez (Figura 3.6), e tem a função de permitir que a sapata trabalhe com tensão constante (BRITO,1987). 3.2.4 Sapatas alavancadas No caso de sapatas de pilares de divisa ou próximos a obstáculos onde não seja possível fazer com que o centro de gravidade da sapata coincida com o centro de carga do pilar, cria-se uma Figura 3.6: Sapatas associadas 9 viga alavanca ligada entre duas sapatas (Figura 3.7), de modo que um pilar absorva o momento resultante da excentricidade da posição do outro pilar (BRITO,1987). Figura 3.7: Sapatas alavancadas CONTROLE DE EXECUÇÃO – locação do centro da sapata e do eixo do pilar; – cota do fundo da vala; – limpeza do fundo da vala; – nivelamento do fundo da vala; – dimensões da forma da sapata; – armadura da sapata e do arranque do pilar; 3.3 Radiers A utilização de sapatas corridas é adequada economicamente enquanto sua área em relação à da edificação não ultrapasse 50%. Caso contrário, é mais vantajoso reunir todas as sapatas num só elemento de fundação denominado radier (Figura 3.8). Este é executado em concreto armado, uma vez que, além de esforços de compressão, devem resistir a momentos provenientes dos pilares diferencialmente carregados, e ocasionalmente a pressões do lençol freático (necessidade de armadura negativa). O fato do radier ser uma peça inteiriça pode lhe conferir uma alta rigidez, o que muitas vezes evita grandes recalques diferenciais (BRITO,1987). Uma outra vantagem é que a sua execução cria uma plataforma de trabalho para os serviços posteriores; porém, em 10 contrapartida, impõe a execução precoce de todos os serviços enterrados na área do radier (instalações sanitárias, etc.). Figura 3.8: Radier CONTROLE DE EXECUÇÃO – locação dos eixos dos pilares; – cota do fundo da escavação; – nivelamento do fundo da escavação; – colocação dos componentes das instalações e passagens, enterrados. 3.4 Tubulões Tubulões são elementos estruturais da fundação que transmitem a carga ao solo resistente por compressão, através da escavação de um fuste cilíndrico e uma base alargada tronco-cônica a uma profundidade igual ou maior do que três vezes o seu diâmetro (BRITO,1987). De acordo com o método de sua escavação, os tubulões se classificam em: 3.4.1 Tubulões a céu aberto Consiste em um poço aberto manualmente ou mecanicamente em solos coesivos, de modo que não haja desmoronamento durante a escavação, e acima do nível d’água (Figura 3.9). Quando há tendência de desmoronamento, reveste-se o furo com alvenaria de tijolo, tubo de concreto ou tubo de aço. O fuste é escavado até a cota desejada, a base é alargada e posteriormente enche-se de concreto (BRITO,1987). 13 Figura 3.10: Tubulão a ar comprimido Estes tubulões são encamisados com camisas de concreto ou de aço. No caso de camisa de concreto, a cravação da camisa, abertura e concretagem da base é feita sob ar comprimido, pois o serviço é feito manualmente. Se a camisa é de aço, a cravação é feita a céu aberto com auxílio de um bate estacas e a abertura e concretagem do tubulão são feitos a ar comprimido. CONTROLE DE EXECUÇÃO – locação do centro do tubulão; – cota do fundo da base do tubulão; – verticalidade da escavação; – alargamento da base; 14 – posicionamento da armadura, quando houver, e da armadura de ligação; – dimensões (diâmetro) do tubulão; – concretagem (não misturar o solo com o concreto e evitar que se formem vazios na base alargada; – tubulão a ar comprimido: pressão do ar no interior do tubulão, risco de acidentes. 3.5 Estacas de Madeira As estacas de madeira são troncos de árvore cravados com bate-estacas de pequenas dimensões e martelos leves. Antes da difusão da utilização do concreto, elas eram empregadas quando a camada de apoio às fundações se encontrava em profundidades grandes. Para sua utilização, é necessário que elas fiquem totalmente abaixo d’água; o nível d’água não pode variar ao longo de sua vida útil. Utilizam-se estacas de madeira para execução de obras provisórias, principalmente em pontes e obras marítimas (ALONSO, 1979). Os tipos de madeira mais usados são eucalipto, aroeira, ipê e guarantã. CONTROLE DE EXECUÇÃO – locação do centro das estacas; – profundidade de cravação; – proteção da cabeça das estacas (colocação do capacete metálico); 3.6 Estacas Metálicas As estacas metálicas podem ser perfis laminados, perfis soldados, trilhos soldados ou estacas tubulares. Podem ser cravadas em quase todos os tipos de terreno; possuem facilidade de corte e emenda; podem atingir grande capacidade de carga; trabalham bem à flexão; e, se utilizadas em serviços provisórios, podem ser reaproveitadas várias vezes. Seu emprego necessita com cuidados sobre a corrosão do material metálico. Sua maior desvantagem é o custo maior em relação às estacas pré-moldadas de concreto, Strauss e Franki. CONTROLE DE EXECUÇÃO – locação do centro das estacas; 15 – profundidade de cravação; – emendas; – nega; 3.7 Estacas Pré-Moldadas de Concreto Estas estacas podem ser de concreto armado ou protendido e, como decorrência do problema de transporte e equipamento, têm limitações de comprimento, sendo fabricadas em segmentos, o que leva em geral à necessidade de grandes estoques e requerem armaduras especiais para içamento e transporte. Figura 3.11: Estaca pré-moldada de concreto Costumam ser pré-fabricadas em firmas especializadas, com suas responsabilidades bem definidas, ou no próprio canteiro, sempre num processo sob controle rigoroso (BRITO,1987). O comprimento de cravação real às vezes difere do previsto pela sondagem, levando a duas situações: a necessidade de emendas ou de corte. No caso de emendas, geralmente constitui-se num ponto crítico, dependendo do tipo de emenda: luvas de simples encaixe, luvas soldadas, ou 18 Figura 3.12: Estaca Mega 3.8 Brocas São estacas executadas “in loco” sem molde, por perfuração no terreno com o auxílio de um trado (∅15 a 30 cm), sendo o furo posteriormente preenchido com o concreto apiloado (FABIANI, s.d.). O trado utilizado é composto de 04 facas, formando um recipiente acoplado a tubos de aço galvanizado. Os tubos são divididos em partes de 1,20 m de comprimento e à medida que se prossegue a escavação eles vão sendo sucessivamente emendados. A perfuração é feita por rotação/compressão do tubo, seguindo-se da retirada da terra que se armazena dentro deste. Porém, várias restrições podem ser feitas a este tipo de estaca: – baixa capacidade de carga, geralmente entre 4 e 5 tf; – há perigo de introdução de solo no concreto, quando do enchimento; – há perigo, também, de estrangulamento do fuste; – não existe garantia da verticalidade; – só pode ser executada acima do lençol freático; – comprimento máximo de aproximadamente 6,0 m (normalmente entre 3,0 e 4,0 m); – trabalha apenas à compressão, sendo que às vezes é utilizada uma armadura apenas para fazer a ligação com os outros elementos da construção. 19 Assim, a broca, à vista de suas características é usada somente para casos limitados e sua execução é feita normalmente pelo pessoal da própria obra. CONTROLE DE EXECUÇÃO – locação do centro das estacas; – profundidade de escavação; – tipo de solo retirado como amostra; 3.9 Estacas Strauss A estaca Strauss é uma fundação em concreto (simples ou armado), moldada in loco, executada com revestimento metálico recuperável. Para sua execução, são empregados os seguintes equipamentos (Figura 3.13): – tripé de madeira ou de aço; – guincho acoplado a motor a explosão ou elétrico; – sonda de percussão, com válvula para retirada de terra na sua extremidade inferior; – soquete de 300 kg, aproximadamente; – tubos de aço com 2,0 a 3,0 m de comprimento, rosqueáveis entre si; – guincho manual para retirada da tubulação; – roldanas, cabos e ferramentas. O processo executivo se inicia com a abertura de um furo no terreno, utilizando o soquete, até 1,0 a 2,0 m de profundidade, para colocação do primeiro tubo, dentado na extremidade inferior, chamado “coroa”. Em seguida, aprofunda-se o furo com golpes sucessivos da sonda de percussão, retirando-se o solo abaixo da coroa. De acordo com a descida do tubo metálico, quando necessário é rosqueado o tubo seguinte, e prossegue-se na escavação até a profundidade determinada (APEMOL, s.d.). Figura 3.13: Estaca Strauss 20 Para concretagem, lança-se concreto no tubo até se obter uma coluna de 1,0 m e apiloa-se o material com o soquete, formando uma base alargada na ponta da estaca. Para formar o fuste, o concreto é lançado na tubulação e apiloado, enquanto que as camisas metálicas são retiradas com o guincho manual. A concretagem é feita até um pouco acima da cota de arrasamento da estaca. Após esta etapa, coloca-se barras de aço de espera para ligação com blocos e baldrames na extremidade superior da estaca. Finalmente, remove-se o concreto excedente acima da cota de arrasamento, quebrando-se a cabeça da estaca com ponteiros metálicos. A estaca Strauss pode ser empregada em locais confinados ou terrenos acidentados devido à simplicidade do equipamento utilizado. Sua execução não causa vibrações, evitando problemas com edificações vizinhas. Porém, em geral possui capacidade de carga menor que estacas Franki e pré-moldadas de concreto e possui limitação devido ao nível do lençol freático. CONTROLE DE EXECUÇÃO – locação das estacas; – profundidade de escavação; – verticalidade da camisa metálica; – velocidade de retirada da camisa; – tipo de solo encontrado (retirada de amostras); – cota de arrasamento da cabeça das estacas; – armadura, quando for o caso. – apiloamento do concreto para garantir continuidade do fuste, mantendo dentro da tubulação uma coluna de concreto suficiente para ocupar o espaço perfurado e eventuais vazios do subsolo. 3.10 Estacas Franki A execução deste tipo de estaca segue o seguinte procedimento: 1. Crava-se no solo um tubo de aço, cuja ponta é obturada por uma bucha de concreto seco, areia e brita, estanque e fortemente comprimida sobre as paredes do tubo. Ao se bater com o pilão na bucha, o mesmo arrasta o tubo, impedindo a entrada de solo ou água; 23 Completada a perfuração, coloca-se a armadura ao longo da estaca, concretando-se à medida em que o tubo de perfuração é retirado (Figura 3.15). A argamassa é constituída de areia peneirada e cimento, acrescida de aditivos fluidificantes adequados para cada caso (BRITO,1987). Figura 3.15: Estaca raiz A concretagem é feita através de um tubo introduzido até o fundo da estaca, por onde é injetada a argamassa, dosada com 500 a 600 kg de cimento por metro cúbico de areia peneirada, com relação água/cimento de 0,4 a 0,6. Durante o processo de concretagem o furo permanece revestido. Quando o tubo de perfuração está preenchido é montado um tampão em sua extremidade superior e se extrai a coluna de perfuração aplicando-se ao mesmo tempo ar comprimido (BRITO,1987). Assim, a composição e a consistência do aglomerado que é utilizado na fabricação da argamassa, a armação longitudinal, o processo de perfuração e o emprego de ar comprimido na concretagem, em conjunto, concorrem para conferir à estaca uma adequada resistência estrutural e ótima aderência ao terreno, o que garante uma elevada capacidade de carga (NACIONAL, s.d.). A estaca raiz pode ser utilizada nos seguintes casos: – em áreas de dimensões reduzidas; – em locais de difícil acesso; – em solos com presença de matacões, rocha ou concreto; – em solos onde existem “cavernas” ou “vazios”; – em reforços de fundações; 24 – para contenção lateral de escavações; – em locais onde haja necessidade de ausência de ruídos ou de vibrações; – quando são expressivos os esforços horizontais transmitidos pela estrutura às estacas de fundação (muros de arrimo, pontes, carga de vento, etc.); – quando existe esforço de tração a solicitar o topo das estacas (ancoragem de lajes de subpressão, pontes rolantes, torres de linha de transmissão, etc.). 3.12 Estacas Escavadas e Barretes Estaca escavada, também chamada de estacão, é aquela com seção circular, executada por escavação mecânica com equipamento rotativo, utilizando lama bentonítica e concretada com uso de tremonha. A estaca barrete possui seção retangular, executada por escavação com guindaste acoplado com "clamshell", também utilizando lama bentonítica e concretada com uso de tremonha. Segundo a FUNDESP (1987), a lama bentonítica é constituída de água e bentonita, sendo esta última uma rocha vulcânica, onde o mineral predominante é a montimorilonita. No Brasil, existem jazidas de bentonita no Nordeste (Bahia e Rio Grande do Norte). Trata-se de um material tixotrópico que em dispersão muda seu estado físico por efeito da agitação (em repouso é gelatinosa com ação anti-infiltrante; agitada fluidifica-se). Seu efeito estabilizante é eficaz quando a pressão hidrostática da lama no interior da escavação é superior à exercida externamente pelo lençol e a granulometria do terreno é tal que possa impedir a dispersão da lama. A coluna de lama exerce sobre as paredes da vala uma pressão que impede o desmoronamento, formando uma película impermeável denominada "cake", a qual dispensa o uso de revestimentos. A lama bentonítica é preparada em uma instalação especial denominada central de lama, onde se faz a mistura da bentonita (transportada em pó, normalmente embalada em sacos de 50 kg) com água pura, em misturadores de alta turbulência, com uma concentração variando de 25 a 70 kg de bentonita por metro cúbico de água, em função da viscosidade e da densidade que se pretende obter. Na central há um laboratório para controle de qualidade (parâmetros exigidos pela Norma Brasileira de Projeto e Execução de Fundações NBR 6122). 25 De acordo com a FUNDESP (1987), os processos de execução usuais das estacas escavadas e dos barretes podem ser divididos nas seguintes operações básicas: escavação do terreno com preenchimento da perfuração com lama bentonítica, colocação da armadura (quando necessária) e concretagem submersa. Para estaca escavada, o equipamento de escavação consta essencialmente de uma mesa rotativa que aciona uma haste telescópica ("kelly-bar") que tem acoplada em sua extremidade inferior a ferramenta de perfuração, cujo tipo varia em função da natureza do terreno a perfurar: trado, caçamba ou coroa (Figura 3.16). À medida que penetra no solo por rotação, a ferramenta se enche gradualmente e, quando cheia, a haste é levantada e a ferramenta automaticamente esvaziada por força centrífuga (trado) ou por abertura do fundo (caçamba). A mesa rotativa ou perfuratriz, normalmente instalada em um guindaste de esteiras, é acionada por um motor diesel e transmite, por meio de um redutor, o movimento rotatório à haste telescópica. A mesa também é dotada de uma central hidráulica que comanda o "pull down" da haste telescópica para dar maior penetração à ferramenta de perfuração. As manobras da mesa são controladas pelo operador do guindaste que aciona um cabo de aço para descida e subida da haste telescópica. 28 – os métodos de escavação podem afofar solos arenosos ou pedregulhos, ou transformar rochas moles em lama, como o calcário mole ou marga; – necessidade de local nas proximidades para deposição de solo escavado; – susceptíveis a estrangulamento da seção em caso de solos compressíveis; – dificuldade na concretagem submersa, pois há impossibilidade de verificar e inspecionar posteriormente o concreto; falta de confiança que oferece o concreto fabricado in situ (quando for o caso); depois de pronta a estaca, nunca se sabe como os materiais nela se encontram; – entrada de água pode causar danos ao concreto, caso não tenha ainda ocorrido a pega; a água subterrânea pode lavar o concreto ou pode reduzir a capacidade de carga da estaca por alteração do solo circundante; quando a estaca fica abaixo do lençol freático e a vedação inferior da estaca depender apenas do concreto, este deve ser compacto e impermeável (concretos com baixa relação água/cimento); também deve-se tomar cuidado com possíveis ataques de agentes químicos da água e do solo sobre o concreto. CONTROLE DE EXECUÇÃO – locação do centro da estaca; – profundidade de escavação; – velocidade de concretagem e ascenção da tremonha; – colocação da armadura. 4. ARRASAMENTO DE ESTACA Há necessidade de se preparar a cabeça das estacas para sua perfeita ligação com os elementos estruturais. O concreto da cabeça da estaca geralmente é de qualidade inferior, pois ao final da concretagem há subida de excesso de argamassa, ausência de pedra britada e possibilidade de contaminação com o barro em volta da estacas. Por isso, a concretagem da estaca deve terminar no mínimo 20 cm acima da cota de arrasamento.É uma operação manual com auxílio de um ponteiro e marreta e o sentido do corte deve ser de baixo para cima. A Figura 4.1 ilustra esta operação. Posição proferivet CASO NORMAL CABEÇA da ESTACA, JÁ APARELHADA CASO QUE PODE ACONTECER qarmoçõe desemprnoda (care ce orrosa-l mento tFace inferior do Eozpuzaere É de arra+ Esamento. Formas do bloco Vs ú bloco ou viga) N ú LIGAÇÃO nos BLOCOS ou VIGAS CERTO! ERRADO! 5 6 . Figura 4.1 : Procedimento para arrasamento de estacas 29  30 BIBLIOGRAFIA __________, Notas de Aula, Fundações. PCC 435. São Paulo, EPUSP, s.d.. ALONSO, Urbano Rodriguez. Fundações e infraestruturas-palestras. São Paulo, Estacas Franki Ltda.,1979. APEMOL - Associação Paulista de Empresas Executoras de Estacas Moldadas no Local - Sistema Strauss. Especificação da execução de estacas tipo Strauss. São Paulo, APEMOL, s.d.. AZEREDO, Hélio Alves de. O Edifício Até sua Cobertura. São Paulo. Ed. Edgar Blucher Ltda.,1977. BRITO, José Luis Wey de. Fundações do edifício. São Paulo, EPUSP, 1987. ESTACAS FRANKI LTDA.,Catálogo. Rio de Janeiro, Estacas Franki Ltda., s.d.. FABIANI, Breno. Fundações. s.d.. FUNDESP- Fundações, Indústria e Comercio S/A. . Catálogo. São Paulo, Fundesp, 1987. NACIONAL - Engenharia de Fundações e Solos Ltda. Tecnologia em estacas do tipo raiz. São Paulo, Nacional, s.d.. SCAC - Sociedade do Concreto Centrifugado S.A.. Estacas - elementos técnicos. São Paulo, SCAC, s.d..V.2.