O projeto e a execução de fundações

Saiba quais são os requisitos a serem observados no projeto e execução de fundações de todas as estruturas da engenharia civil.

Pode-se definir a fundação profunda como o elemento de fundação que transmite a carga ao terreno ou pela base (resistência de ponta) ou por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas, sendo sua ponta ou base apoiada em uma profundidade superior a oito vezes a sua menor dimensão em planta e no mínimo 3,0 m. Quando não for atingido o limite de oito vezes, a denominação é justificada. Neste tipo de fundação incluem-se as estacas e os tubulões. A fundação rasa (direta ou superficial) é o elemento de fundação cuja base está assentada em profundidade inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação, recebendo aí as tensões distribuídas que equilibram a carga aplicada. Para esta definição adota-se a menor profundidade, caso esta não seja constante em todo o perímetro da fundação.

A NBR 6122 de 09/2019 – Projeto e execução de fundações especifica os requisitos a serem observados no projeto e execução de fundações de todas as estruturas da engenharia civil. Essa norma não contempla aqueles tipos de fundação que têm aplicação restrita (sapatas estaqueadas, radier estaqueados, estacas de compactação, melhoramento do solo, etc.) e aqueles que estão em desuso (caixões pneumáticos etc.). Tais fundações podem ser utilizadas com as adaptações que sejam necessárias a partir dos tipos aqui apresentados.

Reconhecendo que a engenharia geotécnica não é uma ciência exata e que riscos são inerentes a toda e qualquer atividade que envolva fenômenos ou materiais da natureza, os critérios e procedimentos constantes desta norma procuram traduzir o equilíbrio entre condicionantes técnicos, econômicos e de segurança usualmente aceitos pela sociedade na data de sua publicação. Nos projetos civis que envolvem mecânica dos solos e mecânica das rochas, o profissional habilitado com notória competência é o profissional capacitado a dar tratamento numérico ao equilíbrio mencionado. Movimentos verticais da fundação deslocamentos verticais descendentes (recalques), ou ascendentes (levantamentos), absolutos ou relativos, conforme figura abaixo.

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O que se deve levar em consideração quanto ao efeito do vento?

Quais devem ser as ações decorrentes do terreno?

Qual é a resistência determinada por provas de carga estáticas executadas na fase de elaboração ou adequação do projeto?

Quais são os coeficientes de ponderação para verificação de tração, deslizamento e tombamento?

Para o reconhecimento inicial, devem ser considerados os seguintes aspectos na elaboração dos projetos e previsão do desempenho das fundações: visita ao local; feições topográficas e eventuais indícios de instabilidade de taludes; indícios da presença de aterro (bota-fora) na área; indícios de contaminação do subsolo por material contaminante lançado no local ou decorrente do tipo de ocupação anterior; prática local de projeto e execução de fundações; estado das construções vizinhas; as peculiaridades geológico-geotécnicas na área, tais como: presença de matacões, afloramento rochoso nas imediações, áreas brejosas e minas d´água.

Para a investigação geológica, em função do porte da obra ou de condicionantes específicos, deve ser realizada vistoria geológica de campo por profissional habilitado, eventualmente complementada por estudos geológicos adicionais. Para qualquer edificação deve ser feita uma campanha de investigação geotécnica preliminar, constituída no mínimo por sondagens a percussão (com Standard Penetration Test – PT), visando a determinação da estratigrafia e classificação dos solos, a posição do nível d’água e a medida do índice de resistência à penetração NSPT (valor do índice de resistência a penetração), de acordo com a NBR 6484.

Na classificação dos solos deve ser empregada a NBR 6502. Para a programação de sondagens de simples reconhecimento para fundações de edifícios, deve ser empregada a NBR 8036. Em função dos resultados obtidos na investigação geotécnica preliminar, devido a peculiaridades do subsolo ou do projeto, ou ambos, ou ainda, no caso de dúvida quanto à natureza do material impenetrável a percussão, pode ser necessária uma investigação complementar, através da realização de sondagens adicionais, instalação de indicadores de nível d’água, piezômetros, ou outros ensaios de campo (sondagens rotativas, CPT, CPTU, DMT, geofísicas e outros) e de laboratório.

Independentemente da extensão da investigação geotécnica preliminar realizada, devem ser feitas investigações adicionais sempre que, em qualquer etapa da execução da fundação, forem constatadas diferenças entre as condições locais e as indicações fornecidas pela investigação preliminar, de tal forma que as divergências fiquem completamente esclarecidas. Os ensaios de campo visam determinar parâmetros de resistência, deformabilidade e permeabilidade dos solos, sendo que alguns deles também fornecem a estratigrafia local.

Alguns parâmetros são obtidos diretamente e outros por correlações. A seguir encontra-se uma relação dos ensaios mais usuais na prática brasileira e outros disponíveis. No caso de dúvida quanto à natureza do material impenetrável a percussão, devem ser programadas sondagens mistas (percussão e rotativa). Em se tratando de maciço rochoso, rocha alterada ou mesmo solo residual jovem, as amostras coletadas devem indicar suas características principais, incluindo-se eventuais descontinuidades, indicando: tipo de rocha, grau de alteração, fraturamento, coerência, xistosidade, porcentagem de recuperação e o índice de qualidade da rocha (RQD).

Sempre que possível deve ser feita a determinação do NSPT. Neste tipo de investigação, ao final da medida da penetração do amostrador, é feita a medida do torque necessário para rotacioná-lo (SPT-T). A medida do torque serve para caracterizar o atrito lateral entre o solo e o amostrador. O ensaio de cone deve ser executado conforme as ASTM D2435/D2435M e ASTM D5778.

Esse ensaio consiste na cravação contínua de uma ponteira composta de cone e luva de atrito. É usado para determinação da estratigrafia e pode dar indicação da classificação do solo. As propriedades dos materiais ensaiados podem ser obtidas por correlações, sobretudo em depósitos de argilas moles e areias sedimentares. O ensaio de Piezocone (CPTU) permite a medida da poropressão gerada durante o processo de cravação e, eventualmente, sua dissipação.

O ensaio de palheta (vane test) deve ser executado conforme a NBR 10905. Este ensaio é empregado na determinação da resistência ao cisalhamento, não drenada, de solos moles. O ensaio de placa é uma prova de carga direta sobre o terreno, com o objetivo de caracterizar a deformabilidade e resistência do solo sob carregamento de fundações rasas, conforme NBR 6489.

O ensaio pressiométrico consiste na expansão de uma sonda cilíndrica no interior do terreno, em profundidades preestabelecidas. Dependendo do modo de inserção do pressiômetro no solo, pode ser classificado como pressiômetro em pré-furo (ou de Ménard), autoperfurante. O ensaio permite a obtenção de propriedades de resistência e tensão-deformação do material.

O ensaio dilatométrico (dilatômetro de Marchetti) consiste na cravação de uma lâmina, que possui um diafragma. Este diafragma é empurrado contra o solo pela aplicação de uma pressão de gás. O ensaio pode ser usado para determinação da estratigrafia e pode dar indicação da classificação do solo. As propriedades dos materiais ensaiados podem ser obtidas por correlação, sobretudo em depósitos de argilas moles e areias sedimentares.

Os ensaios sísmicos (crosshole, downhole e cone sísmico) são realizados em profundidades preestabelecidas e fornecem, basicamente, a velocidade de propagação da onda cisalhante. A partir destes dados é possível estimar o módulo de elasticidade transversal inicial, Go, do solo. Os ensaios de permeabilidade (infiltração ou recuperação) permitem a avaliação do coeficiente de permeabilidade in situ do solo.

Os esforços, determinados a partir das ações e suas combinações, conforme prescrito na NBR 8681, devem ser solicitados ao projetista da estrutura, a quem cabe individualizar qual o conjunto de esforços para verificação dos estados limites últimos (ELU) e qual o conjunto para verificação dos estados limites de serviço (ELS). Esses esforços devem ser fornecidos em valores de cálculo, já afetados pelos coeficientes de combinação e de ponderação da NBR 8681. Para o caso de o projeto de fundações ser desenvolvido utilizando fator de segurança global, devem ser solicitados ao projetista estrutural os valores dos coeficientes pelos quais as solicitações de cálculo devem ser divididas, em cada caso, para reduzi-las às solicitações características.

Os esforços devem ser fornecidos no nível do topo das fundações (no caso de edifícios, o topo dos baldrames, no caso de pontes o topo dos blocos ou sapatas) ou no nível da interface entre os projetos (superestrutura e fundações/infraestrutura), devendo ficar bem caracterizado esse nível. As ações são classificadas conforme sua variabilidade no tempo, conforme prevê a NBR 8681: as ações permanentes (peso próprio, sobrecarga permanente, empuxos etc.); ações variáveis (sobrecargas variáveis, impactos, vento, etc.); e ações excepcionais.

Para estruturas especiais, onde a ação principal atuante sobre a estrutura não é gravitacional, pode ser necessária a apresentação das solicitações não combinadas com as demais solicitações de ações (conforme a NBR 8681). Nas ações decorrentes do terreno, devem ser considerados os empuxos de terra e empuxos de sobrecargas atuantes no solo. Caso estejam previstos aterros contra a estrutura ou na vizinhança da obra, o projetista das fundações deve ser informado. Esses esforços devem ser informados ao projetista da estrutura.

O tipo empuxo de terra (ativo, repouso, passivo) e seu valor devem ser compatíveis com a deslocabilidade da estrutura. Este empuxo, quando assimétrico, influi na estabilidade da estrutura. Outros esforços atuam sobre elementos de fundação profunda e devem ser considerados, quando for o caso (atrito negativo e carregamentos laterais devidos a sobrecargas assimétricas, por exemplo).

Nas ações decorrentes da água superficial e subterrânea, devem ser considerados os empuxos de água, tanto superficial quanto subterrânea. No caso de fluxos de água deve ser considerada a possibilidade de erosão. O efeito favorável da subpressão no alívio de cargas nas fundações não pode ser considerado, exceto quando o projetista demonstrar que a variabilidade foi considerada.

Em ações variáveis especiais, em função da finalidade da obra, o projeto das fundações deve considerar as seguintes ações variáveis especiais, quando previamente informadas e documentadas: alteração do estado de tensões, causada por obras nas proximidades (escavações, aterros, túneis, etc.); tráfego de veículos pesados e equipamentos de construção; carregamentos especiais de construção; ações variáveis efêmeras definidas nesta norma. As ações excepcionais (explosão, incêndio, colisão de veículos, enchentes, sismos, etc.) devem ser consideradas de acordo com o prescrito na NBR 8681.

Para a análise de interação fundação-estrutura, em estruturas nas quais a deformabilidade das fundações pode influenciar na distribuição de esforços, deve-se estudar a interação fundação-estrutura, sendo obrigatório esse estudo nos seguintes casos: estruturas nas quais a carga variável é significativa em relação à carga total, tais como silos e reservatórios; estruturas com mais de 55,0 m de altura, medida do térreo até a laje de cobertura do último piso habitável; relação altura/largura (menor dimensão) superior a quatro; fundações ou estruturas não convencionais.

O peso próprio das fundações deve ser considerado o peso próprio de blocos de coroamento ou sapatas, ou no mínimo 5% da carga vertical permanente. No alívio de cargas devido a vigas alavanca, quando ocorre uma redução de carga devido à utilização de viga alavanca, a fundação deve ser dimensionada considerando-se apenas 50% desta redução. Quando a soma dos alívios totais puder resultar em tração na fundação do pilar aliviado, sua fundação deve ser dimensionada para suportar a tração total e pelo menos 50 % da carga de compressão deste pilar (sem o alívio).

Sempre que houver a possibilidade de desenvolvimento de atrito negativo, a sua ação deve ser considerada no dimensionamento geotécnico e estrutural dos elementos da fundação, blocos de coroamento, vigas enterradas, reservatórios e outras estruturas enterradas. Admite-se a utilização de recursos (por exemplo, pintura betuminosa), visando minimizar os efeitos do atrito negativo, bem como a realização de ensaios ou provas de carga para a sua melhor avaliação.

Para as verificações da segurança de estacas ou tubulões em situações em que se prevê a ação do atrito negativo, define-se: Pan – a carga característica de atrito lateral negativo, na ruptura; a profundidade da fundação – onde ocorre a mudança de atrito negativo para positivo é chamada de ponto neutro; Rℓp – a parcela de força resistente característica de atrito lateral positivo, na ruptura; Rp – a parcela de força resistente característica de ponta, na ruptura. Nestas verificações as cargas provenientes de ações variáveis efêmeras não podem ser incluídas.

O resultado das investigações geotécnicas deve ser interpretado de forma a identificar espacialmente a composição do solo ou da rocha, suas propriedades mecânicas, profundidades das diversas camadas de solo ou características da rocha. Dependendo das características geológicas e das dimensões do terreno, pode ser necessário dividi-lo em regiões representativas que apresentem pequena variabilidade nas suas características geotécnicas. O projetista das fundações deve definir estas regiões para a eventual programação de investigações adicionais, elaboração do projeto e programação dos ensaios de desempenho das fundações.

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