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ESTUDO DE CASO COMPARANDO A FUNDAÇÃO MAIS VIÁVEL ENTREESTACA E SAPATAS PARA PROJETO MODELO PEECAP 2015 COM
DETERMINADO ENSAIO DE SONDAGEM
Aluno: Eng. Civil Ricardo Paulinelli de Araújo Filho
Orientador: Professor DSc. Li Chong Lee Bacelar de Castro
Instituto de Ensino Superior Planalto – IESPLAN
Trabalho de Conclusão de Curso de Pós-graduação em Projeto Estrutural deEdifícios em
Concreto Armado e Protendido – PEECAP
RESUMO
Quando tratamos de fundações, para edificações de pequeno porte,
indiscutivelmente observamos a grande popularidade das sapatas isoladas e
estacas escavadas. E é habitual se ouvir dizer que preferencialmente devemos
optar por sapata sempre que possível.
Em virtude dessa popularidade e afirmações que estamosacostumados a ouvir nos canteiros de obras e de dentro da rotina de escritórios
de cálculo estrutural que esse trabalho vem estudar qual desses dois tipos de
fundação é mais viável para um projeto de uma edificação que foi desenvolvido
durante o curso de pós-graduação em projeto estrutural de edifícios em
concreto armado e protendido.
O trabalho inicia-se com conceitos teóricos básicos de
dimensionamento geotécnico de fundações por sapata isolada e estaca
escavada que dão embasamento suficiente para o seu cálculo.
Em seguida, é apresentado o quadro de cargas gerado a partir dascargas atuantes do edifício mencionado e o ensaio de solo fictício, do tipo SPT
que servirá de referência, para em enfim, a partir dos métodos apresentados e
com ajuda de um software de cálculo estrutural, fazer o dimensionamento das
fundações, chegando a um volume total de cada um.
Por fim, é feito o estudo deste caso, chegando a uma conclusão de
qual método de fundação é mais viável e até que ponto vai essa vantagem em
relação ao outro método.
Palavras-chave: Fundações. Sapata Isolada. Estaca Escavada.
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1 INTRODUÇÃO
Há diferentes formas de se classificar os vários tipos de elementos de
fundação existentes. A primeira leva em consideração a profundidade da ponta
ou base do elemento estrutural de fundação, o que dá origem a dois grandesgrupos: as fundações rasas ou superficiais, como as fundações por sapatas, e
as fundações profundas, como as fundações por estaca ou tubulões (CINTRA;
AOKI; ALBIERO, 2011).
Também podemos classificar as fundações, considerando por sua vez,
o modo de transferência de carga do elemento estrutural para o maciço do
solo. No caso de sapatas, a carga é transmitida unicamente pela base, o que
resulta em uma fundação direta (CINTRA; AOKI; ALBIERO, 2011).
Já no caso das estacas, a transferência de carga para o maciço de solo
ocorre principalmente por atrito lateral ao longo do fuste, obtendo-se assim
uma fundação indireta, ou, como ficou mais popularizado no Brasil, fundação
por estaca (CINTRA; AOKI; ALBIERO, 2011).
Em edificações de pequeno e médio porte, o que comumente
observamos é o emprego de estacas escavadas e sapatas, ou seja, são os
métodos mais comuns e mais utilizados ultimamente. O que teoricamente se
ouve é que a favor da economia é conveniente tentar primeiramente encaixar
no projeto uma fundação por sapata, e quando não possível partir para outros
métodos que permitam usufruir de outras camadas mais resistentes e
profundas do solo.
A partir desta especulação, esse trabalho traz todos os conceitos
básicos para o cálculo de dimensionamento de sapatas e estacas escavadas,
para dar embasamento para o estudo de viabilidade, a partir das cargas do
projeto feito no decorrer do curso, empregando os dois tipos de fundação, com
um determinado ensaio de sondagem de solo fictício, chegando a conclusão de
qual método é mais vantajoso.
1.2 OBJETIVOS1.2.1 Objetivo Geral
Apresentar os resultados de um estudo de caso analisando os
aspectos e custos de dois processos distintos de fundação, Estaca Escavada e
Sapata Isolda, chegando a um resultado que aponte o mais vantajoso.
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1.2.2 Objetivos Específicos
Visando atingir o objetivo principal, alguns objetivos específicos são
requeridos, entre eles:
Estudar os aspectos teóricos a respeito de elementos de fundação por
sapata isolada, abordando tudo o que é necessário para sua execução,
possibilitando assim o estudo de caso desta situação;
Analisar os aspectos teóricos a respeito de elementos de fundação por
estaca escavada, abordando todo contexto de sua execução para que
seja realizado assim o estudo de caso;
Fazer um estudo de caso, a partir do cálculo da estrutura da fundação
por sapata isolada para um determinado mapa de cargas e um
determinado ensaio de sondagem de solo, para a partir disto, levantar
quantidade de materiais e apropriar seus devidos custos;
Executar um estudo de caso, a partir do cálculo da estrutura da
fundação por estaca escavada para o mesmo mapa de cargas e o
mesmo ensaio de sondagem de solo cujo cálculo das sapatas isoladas
tenha sido feito, para a partir disto, levantar quantidade de materiais e
apropriar seus devidos custos;
Estudar todos os dados levantados para realizar uma análise crítica a
fim de determinar o método mais vantajoso para este caso específico.
1.3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
Para ser alcançado o resultado proposto pelo trabalho foi seguida a
seguinte metodologia:
Pesquisa sobre os aspectos gerais dos elementos de fundação sapata
isolada e estaca escavada, englobando as metodologias de cálculo,
propriedades dos materiais, utilizações, métodos de execução,
dificuldades já encontradas, entre outros; Reunir todas informações encontradas e realizar a parte teórica do
trabalho, adquirindo embasamento para os estudos posteriores;
Executar os cálculos necessários para dimensionamento das fundações
para que cheguemos aos quantitativos de materiais;
Realização do estudo de viabilidade;
Concluir com dados numéricos e aspectos observados qual o elemento
de fundação mais viável para este caso específico.
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2 FUNDAÇÕES POR SAPATA ISOLADA
O elemento de fundação por sapata é definido pela NBR 6122/2010
como um “elemento de fundação superficial, de concreto armado,
dimensionado de modo que as tensões de tração nele resultantes sejamresistidas pelo emprego de armadura especialmente disposta para esse fim.”
Quando tratamos de sapatas, podemos ter duas formas de definição:
Sapata isolada e sapata corrida. A primeira, e a que realmente será estudada
nesse trabalho, se trata em transmitir ações de um único pilar, que pode estar
centrado ou é do tipo não alongada. Ele pode ter formato quadrado, retangular,
circular, sendo sua altura constante ou que fique variando linearmente entre as
fazes do pilar à extremidade da base. Em geral são feitas com forma de tronco
de pirâmide.
2.1 CAPACIDADE DE CARGA EM FUNDAÇÕES POR SAPATA ISOLADA
Ao se considerar uma sapata de concreto armado, de base retangular
com largura B e o comprimento L, embutida no solo a uma profundidade h em
relação a superfície, e, gradativamente se iniciar a aplicação de uma força
vertical de compressão P, no seu topo, gera a mobilização de tensões
resistentes no maciço de solo que, no contato com o mesmo, são normais a
sua base, com valor médio Ϭ, como mostra a figura 1:Ϭ = P / B.L
Figura 1 – Sistema sapata-solo (CINTRA; AOKI; ALBIERO, 2011, pág. 21)
Capacidade de carga do elemento de fundação por sapata,representado por Ϭr, é quando a força P e consequentemente a tensão Ϭ são
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aumentadas até que seja mobilizada a máxima resistência do sistema sapata-
solo, chegando a eminência da ruptura. Resumindo, capacidade de carga do
elemento de fundação é a tensão que provoca a ruptura do maciço de solo em
que a sapata está embutida ou apoiada (CINTRA; AOKI; ALBIERO, 2011).
2.2 TENSÃO ADMISSÍVEL
A Tensão Admissível trata da majoração da carga atuante no elemento
de fundação e minoração de sua resistência, ou somente a minoração da
resistência, dependendo da metodologia utilizada, para que haja a segurança
de que essa estrutura não venha a falhar no seu desempenho:
Ϭa < Ϭr med / Fs
em que o denominador da fração (Fs) é um valor normatizado maior do que 1,
o chamado fator de segurança global, ou simplesmente fator de segurança.
Para determinação da tensão admissível em fundações por sapatas, a
partir do ELU, a NBR 6122/2010 (item 7.3) prescreve a utilização e
interpretação de um ou mais dos três seguintes procedimentos: prova de carga
em placa, métodos teóricos e métodos semiempíricos.
Quanto à verificação do ELS, o item 7.4 preconiza que a tensão
admissível “é o valor máximo da tensão aplicada ao terreno que atenda às
limitações de recalque ou deformação da estrutura”. Para execução deste trabalho estudaremos os métodos semiempíricos,
que levam em consideração resultados de ensaios de sondagem de solo.
2.3 MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS
Segundo o item 7.3.3 da NBR 6122/2010, os métodos semiempíricos
“são os que relacionam resultados de ensaios (tais como o SPT, CPT etc.) comtensões admissíveis. Devem ser observados os domínios de validade de suas
aplicações, bem como as dispersões dos dados e as limitações regionais
associadas a cada um dos métodos.
No meio técnico brasileiro, é conhecida a seguinte regra para obter a
tensão admissível em fundações diretas por sapatas, em função do índice de
resistência à penetração do SPT:
Ϭa = Nspt/50 + q (Mpa)
em que Nspt é o valor médio no bulbo de tensões e a parcela correspondente à
sobrecarga q pode ou não ser considerada (CINTRA; AOKI; ALBIERO, 2011).
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A formula a seguir foi demonstrada por Teixeira (1996) para a condição
particular de sapatas retangulares apoiadas na superfície de terrenos
puramente argilosos, em que a capacidade de carga, pelo método de
Skempton (1951), é dada por:
Ϭr = C.Nc
com Nc = 6. Ao considerar c = 0,01Nspt (Mpa) e o fator de segurança 3, temos:
Ϭa = Nspt/50 (Mpa)
Mello (1975) relata o uso, na prática profissional, de outra correlação,
sem distinção de solo:
Ϭa = 0,1 (√Nspt – 1) (Mpa)
Para areias, Teixeira (1996) desenvolve uma correlação, a partir da
equação de capacidade de carga de Terzaghi. Considerando sapatasquadradas de lado B (em metros), apoiadas a 1,5m de profundidade, em areia
com peso específico de 18 KN/m³ e ângulo de atrito interno dado por:
Ø = √20Nspt + 15°
e com o fator de segurança 3, o autor obtém a seguinte expressão para tensão
admissível:
Ϭa = 0,05 + (1 + 0,4B) Nspt / 100 (Mpa)
Essa correlação é representada na figura 2 a seguir, na qual a linha
tracejada refere-se a valores de experiência prática em São Paulo, relatadospor Vargas (1951):
Figura 2 – Tensão admissível em função de B e de Nspt – sapatas em areia (CINTRA; AOKI;
ALBIERO, 2011, pág. 113)
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3 FUNDAÇÕES POR ESTACAS
De acordo com a NBR 6122/1996, estacas são elemento de fundação
profunda executado com o auxílio de ferramentas ou equipamentos sem que
haja descida de operário em qualquer fase de execução (cravação apercussão, prensagem, vibração, ou por escavação, etc), podendo ser
constituído de madeira, aço, concreto, etc;
Geralmente opta-se por algum tipo de fundação profunda quando os
solos superficiais não apresentam capacidade de suportar elevadas cargas, ou
estão sujeitos a processos erosivos, e também, quando existe a possibilidade
da realização de uma escavação futura nas proximidades da obra.
Figura 3 – Fundação profunda segundo a NBR 6122/1996
3.1 CAPACIDADE DE CARGA EM FUNDAÇÕES POR ESTACA
Para o cálculo de um elemento de fundação por estaca começaremos
pelo entendimento do termo capacidade de carga.
Quando aplicada uma carga gradativamente no topo de uma estaca
são mobilizadas tensões resistentes por adesão ou atrito lateral entre o solo e o
fuste da estaca, e também tensões resistentes normais à base ou ponta da
estaca (esses termos são relacionados ao tipo de solo: adesão em argila e
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atrito em areia; porém, predomina o uso da expressão atrito lateral, qualquer
que seja o tipo de solo) (CINTRA; AOKI, 2010).
Para tornar mais didático vamos considerar que primeiro haja
mobilização exclusivamente do atrito lateral até o máximo possível, para que
somente depois seja mobilizada a resistência de ponta, sendo que o recalqueda estaca aumentará conforme mostra a figura 4.
Figura 4 – Mobilização progressiva da resistência do elemento de fundação por estaca
(CINTRA; AOKI, 2010, pág. 10)
Ao longo do fuste, imaginando-se a estaca subdivida em seguimentosverticais, irá atuar diferentes atritos laterais locais, com valores variáveis em
função das características geotécnicas das diferentes camadas e sua
profundidade (CINTRA; AOKI, 2010).
Continuando com aquele raciocínio, se considerarmos que a carga seja
aplicada na estaca incessantemente, chegará ao ponto de solicitar o atrito
lateral máximo em todos os seguimentos e em seguida todo a resistência de
ponta. Quando solicitado o máximo dessas duas resistências chegamos no
ponto de definição de capacidade de carga. “O valor de P2 (figura 2) passa aser representado pela letra R e recebe a denominação de capacidade de carga
do elemento de fundação por estaca. Trata-se, portanto, do valor da forçacorrespondente à máxima resistência que o sistema pode oferecer ou do valor
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representativo da condição de ruptura do sistema, em termos geotécnicos.” (CINTRA; AOKI, 2010)
Iniciando o equacionamento matemático para deduzir a expressão da
capacidade de carga, vamos fazer o equilíbrio de forças:
R = RL + RP
Para obter a parcela da ponta (RP), basta multiplicar a resistência de
ponta, em unidades de tensão (rp), pela área da seção transversal da ponta ou
base da estaca (Ap):
RP = rp.Ap
Já para parcela de atrito (RL), representamos por U o perímetro do
fuste e façamos o somatório das forças resistentes por atrito lateral nos
diversos seguimentos da estaca:
RL = U.∑(rl.Δl)
Com U = π.D, para seção transversal circular.
Durante pesquisas para composição deste artigo verificou-se que há
diversas formas de determinar a capacidade de carga de fundação por estaca,
o que constitui um vasto capítulo da engenharia de fundações. Por causa do
interesse que o assunto desperta, inúmeros autores pesquisaram o problema
teoricamente e apresentaram suas contribuições, que constituem um imenso
repertório de fórmulas.
Para este trabalho optou-se por seguir o Método Aoki-Velloso (1975),
descrito a seguir.
3.2 MÉTODO AOKI-VELLOSO
Pelo método Aoki-Velloso, as duas incógnitas rl e rp, que são as de
caráter geotécnico, são inicialmente correlacionadas com ensaios de
penetração estática CPT, por meio dos valores de resistência de ponta do cone
(qc) e do atrito lateral unitário na luva (fs):
rp = qc / F1 e rl = fs / F2;
em que F1 e F2 são fatores de correção que levam em conta o efeito escala,
ou seja, a diferença de comportamento entre estaca (protótipo) e o cone do
CTP (modelo), e também a influência do método executivo de cada tipo de
estaca. Todavia, como no Brasil o CTP não é tão empregado como o STP, o
valor da resistência de ponta (qc) pode ser substituída por uma correlação com
o índice de resistência a penetração (Nspt):
qc = K.Nspt
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em que o coeficiente K depende do tipo de solo.
Essa substituição possibilita exprimir também o atrito lateral em função
de Nspt, com a utilização da razão de atrito (α):
α = fs / qc Logo:
fs = α.qc e qc = α.K.Nspt
em que α é a função do tipo de solo.
Na literatura especializada sobre cone, a razão de atrito é
tradicionalmente representada por Rf e é utilizada para identificar o tipo de
solo. No método Aoki-Velloso, os autores procedem de maneira inversa, pois, a
partir do tipo de solo, conhecido pela sondagem SPT, inferem o valor da razão
de atrito.
Podemos então reescrever as expressões anteriores para rp e rl:
rp = K.Np / F1 e rl = α.K.Nl / F2
em que Np e Nl são, respectivamente, o índice de resistência à penetração na
cota de apoio da ponta da estaca e o índice de resistência à penetração médio
na camada de solo de espessura ΔL, ambos valores obtidos a partir dasondagem mais próxima. Portanto, a capacidade de carga (R) de um elemento
isolado de fundação pode ser estimada pela fórmula semiempírica:
R = K.Np/F1 . Ap + U/F2 . ∑(α.K.Nl.ΔL)
com os valores de K e α dados na tabela 1, a seguir:
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Tabela 1 – Coeficiente K e razão atrito α (CINTRA; AOKI, 2010, pág. 25)
Já para os fatores F1 e F2, a partir de uma adaptação do método de
Aoki e Velloso, utiliza-se a tabela 2, a seguir:
Tabela 2 – Fatores de correção F1 e F2 atualizados (CINTRA; AOKI, 2010, pág. 26)
3.3 CARGA ADMISSÍVEL
O conceito de Carga Admissível trata da majoração da carga atuante
no elemento de fundação e minoração de sua resistência, ou somente a
minoração da resistência, dependendo da metodologia utilizada, para que haja
a segurança de que essa estrutura não venha a falhar no seu desempenho
(CINTRA; AOKI, 2010).
Assim como vimos em capacidade de carga, também muitos são osmétodos para se chegar a um valor de carga admissível (Pa). Para o estudo de
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caso proposto por esse trabalho, vamos continuar seguindo o raciocínio de
Aoki e Velloso, que adotam o mesmo fator de segurança global normatizado
pela NBR 6122:2010, que estabelece que o Fs a ser utilizado para
determinação de carga admissível é igual a 2:
Pa = R/Fs = RL+RP / 2
4 QUADRO DE CARGAS
As cargas para o estudo deste trabalho vêm de um projeto
desenvolvido durante o curso de pós-graduação, que foi se desenvolvendo
juntamente com a evolução das matérias estudadas.
O projeto é composto por uma edificação de cinco pisos (subsolo,
térreo, mezanino, pavimento e cobertura). As cargas que são transferidas para
a fundação são provenientes do peso próprio da estrutura (para o nosso caso,
concreto armado), elementos de vedação e divisórias (alvenarias),
revestimentos (contrapiso, piso, reboco, etc.), reservatório de água, cargas
variáveis de acordo com o uso (carga proveniente de circulação de pessoas e
peso de equipamentos que são diferentes de acordo com o uso do qual é
destinado a edificação) e ação do vento.
Após finalizar o projeto, foram calculados todos essas cargas geradas
por esses diversos elementos citados e organizados em um quadro que
representa a carga que será transferida a cada elemento de fundaçãodistribuídos neste caso em dez pilares, da seguinte forma, como mostra a
tabela 3:
PILARCARGA(t)
P1 13,18
P2 8,58
P3 19
P4 6,27
P5 11,61
P6 11,94
P7 13,26
P8 10,95
P9 13,59
P10 18,65Tabela 3 – Quadro de Cargas (Fonte do Autor)
A partir destas cargas, devem ser estudados isoladamente casa
elemento de fundação, dimensionados para uma determinada capacidade desolo, que é calculada a partir de um ensaio de sondagem.
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5 ENSAIO DE SONDAGEM DE SOLO SPT
Para conhecer o tipo de solo de um terreno e suas principais
características, como o nível do lençol freático e a resistência, é fundamental
que seja feita alguma sondagem. Uma das mais conhecidas e realizadas antesda escolha da fundação é a SPT-T.
A sondagem SPT-T é um método de investigação de solo cujo avanço
da perfuração é feito por meio de trado ou de lavagem, sendo utilizada a
cravação de um amostrador padrão para a obtenção de medida de resistência
à penetração, coleta de amostra e determinação do nível de água.
A resistência do solo é obtida pelo número de golpes necessários para
cravar um amostrador padrão utilizando o procedimento executivo definido na
norma ABNT 6884:2001. A medida de resistência, mais conhecida como
NSPT, é obtida contando o número de golpes necessários para cravar trêssegmentos de 15 cm. A amostra coletada metro a metro permite a análise tátil
e visual das distintas camadas do subsolo. Quando a sondagem é realizada
acima do nível de água, a perfuração deve ser executada com o auxílio de um
trado concha ou helicoidal até atingir o lençol freático. Abaixo do nível do lençol
freático é possível utilizar o método de percussão com circulação de água
(método de lavagem) com cravação obrigatória de revestimento. O ensaio SPT
torna-se SPT-T quando, após o término da cravação do amostrador, é
acoplado um torquímetro na parte superior da composição de hastes e é
aplicado o torque obtendo duas medidas. Uma corresponde ao valor máximo
do torque e a outra ao torque residual.
Para o nosso estudo usaremos o resultado de ensaio de sondagem de
solo fictício a seguir:
Profundidade(m)
N.A. SPT Descrição
0,00 0 Areia fina, média egrossa, argilosa e
siltosa, amarela1,00 142,00 18 Argila siltosa, pouco
arenosa, consistênciarija, amarela e cinza
3,00 20
4,00 17
5,00 21 Areia fina e média,pouco argilosa,compacta, cinza
amarelada
6,00 6,00 28
7,00 33
8,00 38Tabela 4 – Ensaio SPT (Fonte do Autor)
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6 DIMENSIONAMENTO SAPATAS ISOLADAS
Para o dimensionamento da fundação do tipo sapata isolada, assimcomo para o dimensionamento dos demais elementos que compõe a estrutura
foi utilizado o CYPECAD.
O CYPECAD é um software para projeto estrutural em concreto
armado, pré-moldado, protendido e mistos de concreto e aço, composto por:
pilares, paredes, muros, vigas, lajes, vigotas, sapatas, blocos, estacas,
cortinas, escadas, radiers, maciços, reservatórios, consolos e etc. O software
possui ferramentas para cálculo estrutural, dimensionamento e detalhamento
de elementos, além de módulos e recursos exclusivos para cada etapa do
projeto estrutural.
O dimensionamento e detalhamento são fundamentados nas normas
brasileiras atualizadas de concreto armado (NBR 6118:2014), fundações (NBR
6122), carregamentos (NBR 6123), barras (NBR 7480), ventos (NBR 6123),
ações e combinações (NBR 8681).
Alimentando o software com as informações necessárias chegamos as
seguintes dimensões de sapatas, como mostra a tabela 5:
PILARCARGA
(t)
LARG.SAPATAX (m)
LARG.SAPATA Y (m)
LARG.PESCOÇOX (m)
LARG.PESCOÇO Y (m)
ALTURABORDA(m)
ALTURAPESCOÇO(m)
VOLUMEDA
SAPATA(m³)
P1 13,18 0,85 1,2 0,22 0,6 0,2 0,3 0,357
P2 8,58 0,85 1 0,22 0,4 0,2 0,3 0,2975
P3 19 1 0,85 0,4 0,22 0,2 0,3 0,2975
P4 6,27 0,85 1,2 0,22 0,6 0,2 0,3 0,357
P5 11,61 0,85 1,2 0,22 0,6 0,2 0,3 0,357
P6 11,94 0,85 1 0,22 0,4 0,2 0,3 0,2975
P7 13,26 1 0,85 0,4 0,22 0,2 0,3 0,2975
P8 10,95 1 0,85 0,4 0,22 0,2 0,3 0,2975
P9 13,59 1,1 0,85 0,4 0,22 0,2 0,3 0,32725
P10 18,65 1,9 1,25 1,07 0,35 0,2 0,3 0,83125
TOTAL 3,717Tabela 5 – Dimensionamento de Sapatas (Fonte do Autor)
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7 DIMENSIONAMENTO ESTACAS ESCAVADAS
Por sua vez, para o dimensionamento da opção de fundação por
estaca escavada, foi utilizado o Método Aoki-Velloso, já mencionadoanteriormente. A partir deste método, em conjunto com o ensaio de sondagem
já apresentado, chegamos primeiramente ao quadro a seguir, que mostra a
resistência que o elemento teria em cada metro de solo, para em seguida
possamos escolher a que profundidade deve ficar cada estaca como mostra a
tabela 6:
k(Kpa) F1 F2
ø(m) Ap (m²)
U(m)
α
(%)Rp
(kN) Rl (kN) ∑Rl (kN) R (kN) Pa (kN) Pa (t)
220 3 6 0,3 0,07065 0,942 0,04 0 0 0 0 0 0
220 3 6 0,3 0,07065 0,942 0,04 72,534 19,3424 19,3424 91,8764 45,9382 4,59382
220 3 6 0,3 0,07065 0,942 0,04 93,258 24,8688 44,2112 137,4692 68,7346 6,87346
220 3 6 0,3 0,07065 0,942 0,04 103,62 27,632 71,8432 175,4632 87,7316 8,77316
220 3 6 0,3 0,07065 0,942 0,04 88,077 23,4872 95,3304 183,4074 91,7037 9,17037
600 3 6 0,3 0,07065 0,942 0,03 296,73 59,346 154,6764 451,4064 225,7032 22,57032
600 3 6 0,3 0,07065 0,942 0,03 395,64 79,128 233,8044 629,4444 314,7222 31,47222
600 3 6 0,3 0,07065 0,942 0,03 466,29 93,258 327,0624 793,3524 396,6762 39,66762
600 3 6 0,3 0,07065 0,942 0,03 536,94 107,388 434,4504 971,3904 485,6952 48,56952Tabela 6 – Capacidade de Carga a Cada Metro de Solo (Fonte do Autor)
A partir das cargas que são transferidas e a capacidade, podemos
enfim definir a profundidade de cada estaca, descritos na tabela a seguir:
PILAR CARGA (t) ø (m)PROFUNDIDADEDA ESTACA (m)
VOLUME DAESTACA (m³)
VOLUME DEBLOCOS (m³)
P1 13,18 0,3 5 0,35325 0,21
P2 8,58 0,3 4 0,2826 0,196875
P3 19 0,3 5 0,35325 0,21
P4 6,27 0,3 3 0,21195 0,21
P5 11,61 0,3 5 0,35325 0,21
P6 11,94 0,3 5 0,35325 0,196875
P7 13,26 0,3 5 0,35325 0,196875
P8 10,95 0,3 5 0,35325 0,196875
P9 13,59 0,3 5 0,35325 0,196875
P10 18,65 0,3 5 0,35325 0,333375
TOTAL 3,32055 2,15775
TOTAL GERAL 5,4783
Tabela 7 – Dimensionamento de Estacas (Fonte do Autor)
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Já o volume dos blocos, também apresentados na tabela, foi calculado
pelo software Cypecad.
8 ESTUDO DE CASO
Assim como foi proposto, vamos agora, a partir do que já desenvolvido
e acrescentando outras informações convenientes, estudar, em diversos
aspectos a viabilidade das fundações do tipo sapata isolada e estaca
escavada.
8.1 VANTAGENS E DESVANTAGENS DA FUNDAÇÃO DO TIPO SAPATA
ISOLADA
Quando se executa uma fundação por sapata isolada, são executadas
as seguintes etapas: fôrma para o rodapé, com folga de 5 cm para execução
do concreto “magro”; posicionamento das fôrmas, de acordo com a marcaçãoexecutada no gabarito de locação; preparo da superfície de apoio; colocação
da armadura; posicionamento do pilar em relação à caixa com as armações;
colocação das guias de arame, para acompanhamento da declividade das
superfícies do concreto; concretagem: a base poderá ser vibrada normalmente,
porém para o concreto inclinado deverá ser feita uma vibração manual, isto é,
sem o uso do vibrador. Vale salientar que a terceira etapa compreende a
limpeza do fundo da vala de materiais soltos, lama, o apiloamento com soquete
ou sapo mecânico e a execução do concreto “magro”, que é um lastro de
concreto com pouco cimento, com função de regularizar a superfície de apoio e
não permitir a saída da água do concreto da sapata, além de isolar a armadura
do solo. A vala deve ser executada com pelo menos 10 cm de folga a mais da
largura da sapata para permitir o trabalho dos operários dentro dela.
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Figura 5 – Execução de Sapata Isolada (Fonte: http://blog.construir.arq.br/fundacao_sapata/)
Portanto, a primeira vantagem que podemos notar nas fundações por
sapata isolada é que sua execução não requer nenhum equipamento
mecânico, não tendo o risco de se tornar inviável por não conseguir, por
exemplo, alugar um trado na região da obra, além de não agregar o custo
desse equipamento.
Porém, logicamente, quanto maior a carga transferida à sapata
dependendo do projeto ou quanto menor a capacidade de carga de acordo com
solo, maiores serão as dimensões. Uma sapata de exageradas dimensões
pode ser de execução que demande uma grande quantidade de tempo,
justamente por ser um serviço, geralmente, totalmente executado
manualmente. Do contrário, deve-se apoiar a sapata em solo mais profundo
com maior capacidade, o que também aumenta o volume de escavação e
serviços a serem executados.
Uma outra vantagem que encontramos na sapata é que temos a opçãode construirmos em divisas de lotes. A configuração da sapata deve ser
mudada e preferencialmente deve ser calculada uma viga alavanca para que a
sapata não tenha que sofrer uma alteração muito grande em sua dimensão
para compensar a mudança do seu centro de gravidade.
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Figura 6 – Sapata de divisa com viga alavanca (Fonte:
http://blog.construir.arq.br/fundacao_sapata/)
8.2 VANTAGENS E DESVANTAGENS DA FUNDAÇÃO DO TIPO ESTACAESCAVADA
A primeira vantagem que podemos observar com a estaca escavada é
que podemos comprovar durante a escavação todas as camadas atravessadas
e temos assim a possibilidade de uma segura avaliação de capacidade de
carga da estaca, mediante a coleta de amostra e seu eventual exame em
laboratório.
Um ponto a se observar é que as estacas escavadas têm condições de
resistir a cargas elevadas.
Outra vantagem é a possibilidade de se executar estacas mesmo em
presença de nível d’água, com uso de revestimento metálico.
A execução da estaca escavada inicia-se com a instalação do trado.
Uma vez instalado e nivelado o equipamento, posiciona-se a ponta do trado
sobre o piquete de locação e inicia-se a perfuração. O trado é automaticamente
esvaziado por força centrífuga. Esta operação é repetida várias vezes até seatingir a cota final estabelecida em projeto. Atingida a cota prevista em projeto
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e confirmada a característica do solo, em comparação com a sondagem mais
próxima, procede-se com a colocação da armadura e posterior concretagem da
estaca. A execução desta etapa demanda pouco tempo, porém após a
perfuração do fuste vem a parte da escavação para execução do bloco de
coroamento que geralmente é feito manualmente. Além disso, temos adesvantagem da necessidade de um equipamento mecânico que pode não ter
disponível em algumas regiões.
Figura 7 – Método executivo de estaca escavada (Fonte: http://serki.com.br/servicos/estacas-
escavadas/)
9 CONCLUSÃO
Foi feito o dimensionamento geotécnico das fundações do tipo sapata
isolada e estaca escavada para as cargas do projeto proposto pelo curso e um
determinado ensaio de sondagem fictício.
Com estes cálculos chegamos, para sapatas, a um volume de 3,717m³
de concreto para sua execução. Já para a execução da estaca observamos o
quantitativo de 3,3205m³ para seu fuste e 2,1578m³ para seus blocos, dando o
total de 5,4783m³.
Observando esses dados e como o projeto não apresenta nenhum
fator que impeça a execução de nenhum dos dois métodos de fundação,
podemos concluir que em função da economia a fundação do tipo sapata
isolada é mais viável, diante do fundamento que teríamos o volume de concreto
para execução 32,15% menor do que para execução da fundação do tipo
estaca escavada.
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Porém, este resultado favorável a fundação do tipo sapata isolada não
significa que, de uma forma generalizada, vamos optar por essa metodologia
sempre que possível. Além dos fatores limitantes que já apresentamos no
tópico anterior, podemos ter resultados contrários aos que encontramos neste
trabalho, dependendo das cargas transmitidas pela estrutura e pela capacidadedo solo comprovadas pelo laudo do ensaio (SPT).
Portando, independentemente do resultado apresentado ou qualquer
outro, é sempre importante que sejam analisadas todas as possibilidades antes
de se escolher qual o tipo de fundação usar. Vários são os fatores que podem
variar a viabilidade de um projeto, não somente o fator econômico, que
geralmente é o que está em maior evidência, mas também, vários fatores
técnicos que são os que realmente influenciam na qualidade e segurança da
edificação.
BIBLIOGRAFIA
NBR 6122/1996
CARLOS A. CINTRA, José; AOKI, Nelson. Fundações por Estacas: Projeto
Geotécnico. 1. Ed. Cidade: São Paulo (SP). Oficina de Textos, 2010. 96p.
CARLOS A. CINTRA, José; AOKI, Nelson; HENRIQUE ALBIERO, José.
Fundações por Diretas: Projeto Geotécnico. 1. Ed. Cidade: São Paulo (SP).
Oficina de Textos, 2011. 96p.