Captulo II: Elementos bsicos sobre projetos de

fundaes

1- Tipos de fundaes

Um dos primeiros cuidados de um projetista de fundaes deve

ser o emprego da terminologia correta. As fundaes so

convencionalmente separadas em dois grandes grupos:

Fundaes superficiais (ou "diretas" ou rasas);

Fundaes profundas.

-

A distino entre estes dois tipos feita segundo o critrio

(arbitrrio) de que umafundao profunda aquela cujo mecanismo

de ruptura de base no surgisse na superfcie do terreno.

Como os mecanismos de ruptura de base atingem, acima dela,

tipicamente duas vezes sua menor dimenso, a norma NBR 6122

determinou que fundaes profundasso aquelascujas bases esto

implantadas a uma profundidade superior a duas vezes sua

menor dimenso(Fig. 2.1), e a pelo menos 3 m de profundidade.

Quanto aos tipos de fundaes superficiais:

Bloco - elemento de fundao de concreto simples,

dimensionado de maneira que as tenses de traonele

resultantes possam ser resistidas pelo concreto, sem

necessidade de armadora;

Sapata - elemento de fundao superficial de concreto armado,

dimensionado demodo que as tenses de trao nele resultantes

sejam resistidas por armadura especialmente disposta para

este fim (por isso as sapatas tm menor altura que os blocos);

Sapata corrida - sapata sujeita a aao de uma carga distribuda

linearmente ou de pilares em um mesmo alinhamento (as

vezes chamada de baldrame ou de viga de fundao);

Grelha - elemento de fundao constitudo por um conjunto de

vigas que se cruzamnos pilares (tipo no citado na norma NBR

6122/2010);

Sapata associada- sapata que recebe mais de um pilar;

Radier - elemento de fundao superficial que recebe parte ou

todos os pilares de uma estrutura.

As fundaes profundas, por sua vez, so separadas em trs

grupos (Fig. 2.3):

Estaca: elemento de fundao profunda executado por

ferramentas ou equipamentos, execuo esta que pode ser por

cravao ou escavao, ou ainda, mista;

Tubulo: elemento de fundao profunda de forma cilndrica

que, pelo menos na sua fase final de execuo, requer a descida

de operrio ou tcnico (o tubulo no difere da estaca por suas

dimenses, mas pelo processo executivo, que envolve a descida

de pessoas);

Caixo: elemento de fundao profunda de forma prismtica,

concretado na superfciee instalado por escavao interna

(tipo no citado na norma NBR 6122/2010).

2- Elementos necessrios ao projeto de fundaes

Os elementos necessrios para o desenvolvimento de um projeto de

fundaes so:

A. Topografia da rea

Levantamento topogrfico (planialtimetrico);

Dados sobre taludes e encostas no terreno (ou que possam atingir o

terreno).

B. Dados geolgico-geotcnicos

Investigao do subsolo (as vezes em duas etapas: preliminar e

complementar);

Outros dados geolgicos e geotcnicos (mapas, fotos areas e

de satlite, levantamentos aerofotogramtricos, artigos sobre

experincias anteriores na rea etc.).

C. Dados sobre construes vizinhas

Nmero de pavimentos, carga mdia por pavimento;

Tipo de estrutura e fundaes;

Desempenho das fundaes;

Existncia de subsolo;

Possveis conseqncias de escavaes e vibraes provocadas pela

nova obra.

D. Dados da estrutura a construir

Tipo e uso que ter a nova obra;

Sistema estrutural (hiperestaticidade, flexibilidade etc.);

Sistema construtivo (convencional, pr-moldado etc.);

Cargas (aes nas fundaes).

3- Aes nas fundaes

As solicitaes a que uma estrutura est sujeita podem ser

classificadas de diferentes maneiras. Em outros pases, comum

separ-las em dois grandes grupos:

Cargas "vivas";

Cargas "mortas".

No Brasil, a norma NBR 8681 (Aes e segurana nas estruturas)

classifica as aes nas estruturas em:

Aes permanentes: as que ocorrem com valores constantes

ou de pequena variao em torno de sua media, durante

praticamente toda a vida da obra (peso prprio da construo e

de equipamentos fixos, empuxos, esforos devidos a recalques

de apoios);

Aes variveis: as que ocorrem com valores que apresentam

variaes significativas em torno de sua media, durante a vida

da obra (aes variveis devidas ao uso da obra e aes

ambientais, como vento, ondas, correnteza etc.);

Aes excepcionais: so as que tm durao extremamente

curta e muito baixa probabilidade de ocorrncia durante a

vida da construo, mas que devem serconsideradas nos

projetos de determinadas estruturas (exploses, colises,

incndios,enchentes, sismos).

A norma NBR 8681 estabelece critrios para combinaes dessas

aes na verificao dos estados limites de uma estrutura (assim

chamados os estados a partir dos quais a estrutura apresenta

desempenho inadequado s finalidades da obra):

Estados limites ltimos, ELU (associados a colapsos parciais

ou a colapso total da obra);

Estados limites de utilizao ou de servio, ELS (quando

ocorrem deformaes, fissuras etc. que comprometem o uso

da obra).

O projetista de fundaes deve avaliar cuidadosamente, ainda,

as aes decorrentes do terreno (empuxos de terra) e da gua

superficial e subterrnea (empuxos hidrosttico e hidrodinmico),bem

como aes excepcionais da fase de execuo da fundao e

infraestruturas(escoramentos provisrios por estroncas ou

tirantes, operao de equipamentos pesados etc.).

4- Requisitos de um projeto de fundao

Tradicionalmente, os requisitos bsicos a que um projeto de

fundaes dever atender so:

1. Deformaes aceitveis sob as condies de trabalho (ver Fig.

2.5a);

2. Segurana adequada ao colapso do solo de fundao ou

estabilidade "externa" (verFig. 2.5b);

3. Segurana adequada ao colapso dos elementos estruturais ou

estabilidade "interna"(ver Fig. 2.5e).

O atendimento ao requisito (1) corresponde a verificao de estados

limites de utilizao ou de servio (ELS) de que trata a norma NBR

8681.

O atendimento aos requisitos (2) e (3)corresponde a verificao de

estados limites ltimos (ELU).

Outros requisitos especficos de certos tipos de obra so:

a. Segurana adequada ao tombamento e deslizamento

(tambm estabilidade "externa"), a ser verificada nos casos em

que forcas horizontais elevadas atuam em elementos de fundao

superficial (ver Fig. 2.5c-d);

b. Segurana a flambagem;

c. Nveis de vibrao compatveis com o uso da obra, a serem

verificados nos casos de aes dinmicas.

5- Verificao da segurana ao colapso e coeficientes de

segurana

Conforme mencionado anteriormente, a verificao dos possveis

colapsos conhecidacomo verificao dos estados limites ltimos

(ELU).

Nos problemas de fundaes, ha sempre incertezas, seja nos

mtodos de clculo (modelo matemtico), sejanos valores dos

parmetros do solo que so introduzidos nesses clculos, seja nas

cargas a suportar.

Portanto se faz necessrio considerar nos clculos os coeficientes de

segurana (tambm chamados fatores de segurana) que levem em

conta essas incertezas.

Conceitualmente, a fixao desses coeficientes de segurana para

os problemas geotcnicos mais difcil que no clculo

estrutural, onde entram materiais fabricados, relativamente

homogneos e, por isso, com propriedades mecnicas que podem ser

estimadas com mais preciso.

O solo que participa do comportamento de uma fundao , na

maioria das vezes, heterogneo,e seu conhecimento restrito ao

revelado pelas investigaes realizadas em alguns pontos

doterreno e que no impedem a ocorrncia de surpresas, seja

durante a execuo das fundaes,seja depois da construo

concluda.

Conceitos e influncias a considerar Influncias a considerar

As incertezas comeam com as investigaes geotcnicas, pois

praticamente impossvel ter um conhecimento "completo" do

subsolo sobre o qual se vaiconstruir.

Deve-se prever uma margem de segurana para levar em conta a

eventual presena de materiais menos resistentes no detectados

pelas sondagens etc. (Meyerhof, 1970).

Os parmetros de resistncia e compressibilidade dos solos

determinados, seja em ensaios de laboratrio, seja a partir de

correlaes com ensaios de campo (SPT, CPT etc.),apresentam

tambm, inevitavelmente, erros que devem ser cobertos por uma

margem de segurana.

Os clculos de capacidade de carga (carga de ruptura do solo que

suporta uma fundao) so elaborados utilizando modelos que

procuram representar a realidade, mas semprerequerem a

introduo de simplificaes das quais resultam erros que devero

ser cobertos por uma margem de segurana.

Tambm as cargas para as quais se projetam as fundaes contm

erros que devero ser considerados pela margem de segurana.

Finalmente, a margem de segurana dever levar em conta as

imperfeies da execuo das fundaes, que podem, mediante

adequada fiscalizao, ser reduzidas, mas nunca totalmente

eliminadas.

Assim, ha incertezas:

Nas investigaes

Nos parmetros dos materiais

Nos mtodos de clculo

Nas aes

Na execuo.

Coeficientes de segurana globais e parciais

Se todas as incertezas anteriormente mencionadas forem includas

num nico coeficiente de segurana, ele ser chamado

coeficiente ou fator de segurana global.

Se as incertezasindicadas forem tratadas nos clculos com

coeficientes de ponderao para cada aspecto do clculo, ter-

se-o os chamados coeficientes de segurana parciais (oufatores

de ponderao, na Engenharia Estrutural).

O uso de fator de segurana global usualmente chamado de

Mtodo de Valores Admissveis. O uso de fatores de segurana

parciais usualmente chamado de Mtodo de Valores de Projeto.

Uso de fator de segurana global ou Mtodo de Valores

Admissveis

A Tab. 2.1, recomendada por Terzaghi e Peck (1967), conforme

Meyerhof (1977), explicitaos fatores de segurana para alguns

tipos de obras.

Os valores superiores so usados em anlises de estabilidade de

estruturas sob condies normais de servio e os valores

inferiores,em anlises baseadas nas condies de carregamento

mximo e obras provisrias.

A Norma Brasileira NBR 6122/2010 estabelece que as fundaes

devem ser verificadas pela anlise de estados limites ltimos.

Os estados limitesltimos podem ser vrios (perda de capacidade

de carga, tombamento, ruptura por trao,flambagem etc.).

Na anlise de um estado limite ltimo, os valores das aes so

comparados aos valores da resistncia do elemento de fundao.

As aes devem ser calculadas de acordo com as normas

brasileiras em vigor.

No que concerne aos valores de projeto da resistncia do elemento

estrutural, devem-se obedecer asprescries pertinentes aos

materiais constituintes desseelemento (concreto, ao ou

madeira).

A resistncia de um elemento de fundao deve ser obtida como

valor caracterstico,podendo-se utilizar:

Mtodo terico (empregando-se valores caractersticos de

resistncia dos solos erochas);

Mtodo semi-emprico ou emprico (mais comum em fundaes

profundas);

Resultados de provade carga.

No caso de uso de fator de segurana global (ou Mtodo de Valores

Admissveis), o valorda resistncia admissvel do elemento

defundao obtido dividindo-se a resistncia caracterstica do

elemento de fundao por um fator de segurana global.

- Fundaessuperficiais

A NBR 6122 fornece os valores de fatores de segurana globais

conforme a tabela a seguir.

- Fundaes profundas

No caso de fundaes profundas sob cargas axiais de

compresso, o fator de segurana global, em principio, 2,0,

como indicado na Tab. 2.3. O uso de um fator de segurana 1,6

possvel quando se dispe do resultado de um nmero mnimo de

provas de carga determinado em norma, em elementos

representativos da fundao.

As provas de carga devem ser executadas na fase de projeto ou de

adequao deste antes do incio da obra (e no com a obraavanada

ou concluda, como instrumento de controle de qualidade das

fundaes).

Uso de fatores de segurana parciais ou Mtodo de Valores

de Projeto

A Norma Brasileira NBR 6122/2010 no caso de uso de coeficientes

parciais (ou Mtodo de Valores de Projeto), o valor da resistncia

de projeto do elemento de fundao obtido dividindo-se o valor da

resistncia caracterstica do elemento defundao por

coeficientes de minorao detalhados a seguir.

-Fundaessuperficiais

Para obteno do valor da resistncia de projeto, o valor da

resistncia caracterstica do elemento de fundao deve ser dividido

por um coeficiente de minorao da Tab. 2.5.

-Fundaes profundas

No caso de fundaes profundas sob cargas axiais de

compresso, o coeficiente de minorao da resistncia, em

principio, 1,4, corno indicado na Tab. 2.5.

O uso de um coeficiente de minorao 1,14 possvel quando se

dispe do resultado de um nmero mnimo de provas de carga

determinado em norma.

Situaes a verificar

Dependendo das caractersticas de drenagem do solo, h

diferentes situaes a serem verificadas. Nos solos de drenagem

lenta (solos argilosos saturados), ha que se verificarem asseguintes

situaes:

Segurana em curto prazo ou no drenada (geralmente a

situao critica);

Segurana em longo prazo ou drenada.

Em principio, para o caso de fundaes cujo carregamento produz

excessos de poropresso, a segurana aumenta com o tempo,

uma vez que os excessos de poropresses se dissipam com o

tempo, causando um aumento de tenses efetivas e,

conseqentemente, de resistncia. Assim, a segurana em longo

prazo maior.

A segurana em curto prazo pode no ser critica em solos que

apresentam comportamento viscoso, pois as deformaes que

sofrem com o tempo podem gerar poropresses num processo

mais rpido que o processode drenagem (adensamento).

Nesse caso, o fator de segurana passa por um mnimo algum

tempo aps o carregamento (e tem seu valor aumentado aps

esse ponto).

Nos solos de drenagem rpida (solos arenosos em geral e solos

argilosos parcialmentesaturados), basta, em principio, verificar a

condio drenada.

Para decidir se uma anlise no drenada necessria, preciso

avaliar:

A permeabilidade do solo (e as distncias de drenagem, que so

as distncias as faces drenantes da camada de argila que ser

solicitada)

A velocidade do carregamento.

Alguns tipos de carregamento so relativamente rpidos, como no

caso do enchimento de silos, passagem de veculos, ao do

vento etc.

Na Fig. 2.7 esto indicados - de forma esquemtica - dois tipos de

carregamento.

A Fig. 2.7a mostra uma evoluo das cargas tpica de umedifcio

residencial ou de escritrio, caso em que o peso prprio da obra

maior que as cargas de ocupao.

A Fig. 2.7b mostra a evoluo das cargas em um silo ou armazm,

onde as cargas operacionais so elevadasem relao ao peso prprio

e podem variar rapidamente (este o caso, tambm, de

pontesferrovirias, por exemplo).

6- Deslocamentos em estruturas e danos Associados

Toda fundao sofre deslocamentos verticais (recalques),

horizontais e rotacionais em funo das solicitaes a que

submetida.

Esses deslocamentos dependem do solo e da estrutura, isto ,

resultam da interao solo-estrutura.

Quando os valores desses deslocamentos ultrapassam certos

limites, poder-se- chegar ao colapso da estrutura pelo

surgimento de esforos para os quais ela no est

dimensionada.

Pode-se dizer, assim, que os deslocamentos,conforme a sua

magnitude, tero uma influncia sobre a estrutura, que vai desde

o surgimento de esforos no previstos at o colapso.

H dois procedimentos para o clculo de uma estrutura:

A estrutura calculada com a hiptese de que seus

apoios, fundaes so indeslocveis e os esforos assim

obtidos so transmitidos ao projetista das fundaes, que vai

projet-las de modo que seus inevitveis deslocamentos

sejam aceitveis para a obra;

O conjunto fundao - estrutura calculada como um

todo, levando-se em conta a interao que h entre a fundao

e a estrutura.

O primeiro procedimento o usual nos projetos correntes de

pontes, edifcios etc., e os resultados obtidos so satisfatrios desde

que os profissionais envolvidos tenham bom senso ecompetncia.

O segundo procedimento exige a utilizao de um mtodo de

anlise sofisticado, geralmente um mtodo computacional.

Ha estruturas que exigem a considerao da interao solo-estrutura,

como as estruturas hiperestticas, para as quais se prevem

recalques elevados,ou as estruturas no correntes de grande

responsabilidade (plataformas off-shore e usinas nucleares,

por exemplo).

Em qualquer caso, no parece razovel utilizar um mtodo de

clculosofisticado com parmetros dos solos que no representem a

realidade.

Na fixao de deslocamentos admissveis so encontradas

algumasdificuldades que podem ser resumidas nos seguintes pontos

(I.S.E., 1989):

A utilizao subjetiva e depende tanto da funo da obra como

da reao dos usurios;

As estruturas variam tanto entre si, seja no geral ou no

detalhe, que difcil estabelecer orientaes gerais quanto aos

deslocamentos admissveis;

As estruturas, inclusive as fundaes, raramente se

comportam como previsto, porque os materiais de

construo apresentam propriedades diferentes das admitidas

no projeto; alm disso, uma anlise "total" ou "global",

incluindo terreno e alvenarias, seria extremamente complexa e

conteria ainda hipteses questionveis;

Alm de depender das cargas e dos recalques, os deslocamentos

nas estruturas podem decorrer de outros fatores, tais como

deformao lenta, retrao e temperatura; no entanto, ten-se

apenas um entendimento quantitativo desses fatores, efaltam

avaliaes cuidadosas do comportamento de estruturas reais.

Limites de utilizao

E importante distinguir entre danos causados a elementos

estruturais e danos causadosa alvenarias e acabamentos.

Os movimentos das fundaes afetam a aparncia visual, a

funo e a utilizao, mas essencial reconhecer que prejuzos de

natureza puramente estticaso menos importantes, e essa

importncia depende do tipo e da utilizao da obra. A Tab.2.6

apresenta uma classificao de danos s paredes de edifcios de

acordo com o seu uso.

O aparecimento de fissuras sempre indicio de que algo est

acontecendo, embora elas nem sempre decorram de deslocamentos

da estrutura.

De qualquer forma, aconselhvel acompanhar sua evoluo,

medindo-se periodicamente as diagonais de um retngulo traadode

sorte a ser cortado pela fissura, ou por meio de um "fissurmetro" ou

qualquer outro instrumentode medida de preciso.

Deformaes limites

Uma estrutura ou edificao pode deformar-se de um dos trs

principais modosmostrados na Fig. 2.10 ou numa combinao deles.

No primeiro modo, ocorrer danos estticos e funcionais - se os

recalques forem muito grandes, e danos as ligaes da estrutura

como exterior (tubulaes de gua, esgoto e outras; rampas,

escadas, passarelas etc.).

No segundo caso, ocorrer danos estticos decorrentes do

desaprumo (mais visvel quanto mais alto oprdio) e danos

funcionais decorrentes do desnivelamento de pisos etc.

No ltimo caso, almdos danos estticos e funcionais

mencionados nos dois casos anteriores, ha tambm danos dessa

mesma natureza decorrentes da fissurao, e h os danos

estruturais.