FUNDAÇÕES – TIPOS E EQUIPAMENTOS

1. FUNDAÇÕES

Antes de iniciar as fundações de uma construção, é necessário fazer uma

analise do solo. Essa analise pode ser feita através de pesquisa com base nos

dados de outras construções vizinhas, ou pela sondagem do terreno sobre o qual

ela será erguida. A sondagem, uma espécie de radiografia do terreno, identifica

as camadas do solo e sua resistência, além de detectar a presença do lençol

freático (água), informações fundamentais para que o calculista projete

adequadamente as fundações.

Fundações são os elementos estruturais com a função de transmitir as

cargas da estrutura ao terreno onde ela se apoia (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.

Um dos primeiros cuidados de um projetista de fundações deve ser o

emprego da terminologia correta. As fundações são convencionalmente

separadas em dois grandes grupos:

Fundações superficiais (ou “diretas” ou rasas);

Fundações profundas (indiretas)

A distinção entre estes dois tipos é feita segundo o critério (arbitrário) de

que uma fundação profunda é aquela cujo mecanismo de ruptura de base não

surgisse na superfície do terreno. Como os mecanismos de ruptura de base

atingem, acima dela, tipicamente duas vezes sua menor dimensão, a norma NBR

6122 determinou que fundações profundas sejam aquelas cujas bases estão

implantadas a uma profundidade superior a duas vezes sua menor dimensão, e a

pelo menos 3 m de profundidade.

Para se escolher a fundação mais adequada, deve-se conhecer os

esforços atuantes sobre a edificação, as características do solo e dos elementos

estruturais que formam as fundações. Assim, 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 do edifício; porém, se forem mal concebidas e mal projetadas, podem atingir

5 a 10 vezes o custo da fundação mais apropriada para o caso (BRITO, 1987).

2. FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS OU RASAS (DIRETAS)

As fundações superficiais são executadas em pequenas profundidades (ou

mesmo superficialmente) e transmitem a carga da estrutura ao terreno através de

sua base. Segundo Terzaghi (1945) fundação superficial é aquela cuja

profundidade de contato a partir da superfície do terreno é menor ou igual a

menor dimensão (largura) da fundação.

H < 2B

Onde: H é a profundidade de contato a partir da superfície.

2B é duas vezes a menor dimensão.

2.1. BLOCOS

São elementos de fundações rasas, dimensionado de modo a que as

tensões de tração nele produzidas podem ser resistidas pelo material de

composição (concreto ou alvenaria), sem a necessidade de armação. Pode ter as

faces verticais, inclinadas ou escalonadas.

2.1.1 Alicerces

Os alicerces na generalidade dos casos são executados de forma

contínua, sob a linha de paredes de uma edificação, utilizando-se:

a) Sistema de alvenaria de tijolos maciços, em bloco simples ou escalonado;

b) Sistema de pedras argamassadas sobre lastro de concreto simples.

c) Sistema de alvenaria sobre lajes de concreto armado (sistema misto).

2.2. SAPATAS

São elementos de fundações superficiais de concreto armado,

dimensionado de modo que as tensões de tração nele resultantes sejam

resistidas por armadura especialmente disposta para este fim (por isso as sapatas

têm menor altura que os blocos).

De acordo com a NBR 6122:1996, que trata de projeto e execução de

fundações - atualmente em processo de revisão -, uma sapata não deve ter

dimensão mínima inferior a 60 cm. Outra recomendação é que se observe o

desnível entre sapatas próximas. A sapata em cota mais baixa deve ser sempre

executada antes das demais. Além disso, é importante que seja respeitado um

distanciamento entre cotas de acordo com a resistência do solo.

Da mesma forma, a garantia de que a umidade do solo não atacará a armadura

da sapata é fundamental para a segurança da edificação a ser construída. Por

isso, logo após a escavação do solo deve ser feito um lastro de 5 cm de concreto

magro, ocupando toda a área sobre a qual será assentada a sapata.

2.2.1. Sapata Corrida

São as sapatas sujeitas à ação de uma carga distribuída linearmente ou de

pilares em um mesmo alinhamento (às vezes chamada de baldrame ou de viga

de fundação).

2.2.2. Sapata Associada

É a sapata comum a mais de um pilar, sendo também chamada sapata combinada ou conjunta. Transmitem ações de dois ou mais pilares e é utilizada como alternativa quando a distância entre duas ou mais sapatas é pequena.

2.3. Glelha

É um elemento de fundação constituído por um conjunto de vigas que se cruzam nos pilares (tipo não citado na norma NBR 6122/2010).

2.4. Radier

A fundação em radier é constituída por um único elemento de fundação

com uma distribuição de carga tipicamente superficial. O radier é uma laje de

concreto armado, que distribui a carga total da edificação uniformemente pela

área de contato. É usado de forma econômica quando as cargas são pequenas e

a resistência do terreno é baixa, sendo uma boa opção para que não seja usada a

solução de fundação profunda.

3. FUNDAÇÕES PROFUNDAS (INDIRETAS)

As fundações profundas são executadas em maiores profundidades (é

quando a profundidade, em relação ao terreno adjacente é superior em face da

maior dimensão da área total da fundação).

O elemento da fundação transmite a carga ao terreno pela base

(resistência de ponta), por sua superfície lateral (resistência de atrito do fuste) ou

ainda por uma combinação das duas.

As fundações profundas, são divididas em três grupos: estacas, tubulão e

caixão.

3.1. ESTACAS

As estacas são elementos de fundação profunda, executado por

ferramentas ou equipamentos, execução essa que pode ser por cravação ou

escavação, ou ainda, mista.

São elementos estruturais esbeltos que, são cravadas (pré-fabricadas) ou

confeccionadas no canteiro (in loco), tem a finalidade de transmitir cargas aos

solos, seja pela resistência de sua ponta ou pela resistência de fuste ou ainda por

uma combinação das duas. Se a estaca resiste aos esforços axiais de

compressão apenas pelo atrito lateral ele se denomina, estaca flutuante, se a

resistência for pela ponta chamamos de estaca carregada na ponta.

3.1.1. ESTACAS PRÉ-MOLDADAS

As estacas pré-moldadas de concreto podem ser constituídas de concreto

armado maciço ou vazado e se caracterizam por serem cravadas no terreno por

percussão, prensagem ou vibração e fazem parte do grupo denominado “Estacas

de deslocamento”.

Dependendo do tipo de terreno as estacas pré-moldadas podem ser

constituídas por um único tipo de elemento estrutural ou associação de dois

elementos (concreto e madeira; concreto e metálica; concreto e estava tipo raiz).

É muito utilizada a execução de estacas pré-moldadas de concreto com

ponta metálica para permitir a cravação em argilas médias e duras.

Quando temos solo de baixa resistência apoiada em rocha inclinada, uma

solução muito aplicada é cravar uma estaca pré-moldada de concreto vazada até

a rocha e por dentro da estaca executar uma estaca tipo raiz, engastada na

rocha.

A cravação da estaca pré-moldada de concreto pode ser por percussão,

prensagem ou vibração. A escolha do equipamento é feito de acordo com o tipo e

as dimensões da estaca, característica do solo, condições de vizinhança,

característica de projeto e peculiaridade do local.

3.1.2. ESTACAS METALICAS

As Estacas Metálicas são utilizadas nas obras de fundações profundas,

consiste no fornecimento e cravação,  devidamente dimensionados para as

seções das estacas e profundidade a serem atingidas no projeto de fundações.

São constituídas por perfis laminados ou soldados, simples ou múltiplos,

devem resistir à corrosão pela própria natureza do aço ou por tratamento

adequado. Caso seja necessário, podem ser emendadas, mas as emendas deve

resistir a todas solicitações que possam ocorrer durante o manuseio, a cravação e

o trabalho da estaca.

O equipamento de cravação será dimensionado de forma que consiga levar

a estaca a encontrar uma resistência de ponta a sua penetração, oferecida pelo

solo, indicando a presença de camada resistente para o seu apoio, mas sem

acarretar danos ao perfil. O equipamento é o Bate Estaca, sendo constituído por

torre, base e martelo.

Sua principal vantagem está no fato de se prestar a cravação em quase

todos os tipos de solo, permitindo uma fácil cravação, com baixa vibração e uma

grande capacidade de carga,  muito utilizada para contenções com perfil

pranchado, sendo esta, uma solução muito econômica e ideal para execução de

subsolos.

3.1.3. ESTACAS DE MADEIRA

As estacas de madeira, são troncos de árvores 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’agua; o nível d’agua não pode variar ao longo de sua

vida útil. Utilizam-se estacas de madeira para execução de obras provisórias,

principalmente em pontes.

Vantagens: fácil emenda; resiste a cravação e transporte; fácil corte; são

leves comparadas com outros materiais; durável sob o nível d’agua.

Desvantagens: difícil de obter em certas regiões, atacável por micro-

organismos; aplicável somente para solos submersos em obras permanentes;

quando cravadas através de solos moles ou água para atingir um estrato firme

estão sujeitas a romperem sem ser visível o dano; não admitem carga de trabalho

elevada; vulnerável a deterioração quando não tratada em situação submersa

intermitentemente; vulnerável a danos em cravação difícil.

3.1.4. ESTACA STRAUSS

É um tipo de fundação que se caracteriza por ser moldada no local após

perfuração do solo. Estas estacas foram desenvolvidas com o objetivo de

substituir as estacas pré-moldadas que produzem forte vibração e ruído ao serem

cravadas no solo. Na Europa e Estados Unidos, a estaca Strauss for largamente

utilizada desde o início do século e se tornou mais popular no Brasil apenas

depois da Segunda Guerra Mundial.

O equipamento para a colocação da estaca Strauss é conhecido como

bate-estaca Strauss e consiste basicamente de um guincho, um tripé com uma

roldana fixada no topo, tubos guia, pilão e sonda.

O guincho através de um cabo de aço, movimenta verticalmente o martelo

ou sonda, que através de impactos verticais, escava ou compacta o solo, criando

um "poço" de 20, 25 ou 30 cm de diâmetro, via de regra (podendo ter alterações

conforme dimensionamento da fundação), que é preenchido de concreto, gerando

uma estaca Strauss.

3.1.5. ESTACA TIPO FRANKI

As estacas tipo Franki foi introduzida como fundação há mais de 85 anos

por Edgard Frankignoul na Bélgica. São executadas enchendo-se de concreto

perfurações previamente executadas no terreno, através de cravação de tubo de

ponta fechada, recuperado. Este fechamento pode ser feito no inicio da cravação

do tubo ou em etapa intermediária, por meio de material granular ou peça pré-

fabricada de aço ou de concreto.

Vantagens: boa qualidade de execução; boa e alta capacidade de carga;

execução permite controle; solos coesivos são compactados durante a cravação;

o comprimento pode ser ajustado de acordo com a variação do nível da camada

resistente; a cravação do tubo com extremidade fechada exclui a influência do

nível da água; possui energia elevada para obstruções; grande resistência ao

arrancamento se devidamente armadas.

Desvantagens: comprimento limitado; pouca eficiência do equipamento;

vibração na cravação; exigem cuidados durante a cravação do revestimento para

que as estacas adjacentes não sejam danificadas; em certas condições a

execução de uma estaca provoca o levantamento das adjacentes; as estacas

restantes devem ser executadas após o concreto nas estacas as quais foram

cravadas, primeiro endurecer; cuidado com o estrangulamento da estaca; não

admitem grande diâmetro; o alargamento da base é de limitada dimensão em

solos densos e duros.

3.1.6. ESTACA ESCAVADA DE GRANDE DIAMETRO

Na ocorrência de cargas elevadas, em obras que justifique a mobilização

do equipamento, o tipo de estaqueamento correntemente mais adequado é o de

estacas de grande diâmetro moldadas “in loco”, com perfuração mecânica a

rotação, e eventual emprego de lama bentonítica.

O uso desse tipo de estacas tem se difundido largamente pela facilidade e

rapidez de execução e pela adaptabilidade a diversos tipos de terreno, bem como

o seu imediato conhecimento visual. As estacas de grande diâmetro executadas

por perfuração a rotação podem ser feitas junto a construções existentes, devido

à total ausência de vibração, podendo atingir profundidades de até 70 metros.

Convém ainda lembrar que as estacas escavadas de grande diâmetro

podem ser executadas em presença de lâmina d’água, o que ocorre em obras

marítimas e em construção de pontes. Nesse caso, a escavação mecânica e a

concretagem submersa são precedidas da cravação de camisa metálica por

intermédio, em geral, de martelo vibratório. Os equipamentos, quando

necessários, serão montados em plataforma flutuante (barcaças de convés

chato). As camisas metálicas poderão ser perdidas ou recuperadas.

3.1.7. ESTACA HÉLICE

Esse tipo de estaca é ideal para solos com presença de lençol freático. As

fundações com as estacas hélices consistem na perfuração do solo através de um

trado com um tubo central vazado, que desloca a terra para a superfície através

das laminas helrcoidais em movimentos rotativos até a profundidade desejada e

especificada no projeto da construção.

Ao encerrar-se a perfuração, dá-se início a concretagem da estaca ainda

com o trado dentro da estaca, o que impede a água do solo de emergir. Através

da bomba de concreto, injeta-se o concreto para dentro da estaca através do tubo

central que é liberado na ponta da estaca.

Ao passo que o concreto sobe, o trado é retirado lentamente, até que se

alcance a superfície, garantindo a ausência de terra, água ou barro no interior da

estaca. Retira-se o excesso de concreto até a cota de arrasamento. Coloca-se a

ferragem em seguida.

3.1.8. ESTACA RAIZ

É uma estaca de pequeno diâmetro concretada “in loco”, cuja perfuração é

realizada por rotação ou por rotopercussão, em direção vertical ou inclinada. Essa

perfuração se processa com um tubo de revestimento e o material escavado é

eliminado continuamente, por uma corrente fluida (água, lama bentonítica ou ar)

que introduzida através do tubo refluí pelo espaço entre o tubo e o terreno.

Completada a perfuração, coloca-se a armadura ao longo da estaca,

concretando-se à medida que o tubo de perfuração é retirado. Usam-se

normalmente concretos especiais auto-adensáveis com agregados com

granulometria fina.

Vantagens: alta capacidade de carga; equipamento com acesso fácil;

mínima perturbação; usam volumes pequenos de materiais; não provocam

vibração ou choque na execução.

Desvantagens: equipamento especial; necessidade de controle construtivo

apurado.

3.2. PAREDE DIAFRAGMA

A parede diafragma consiste em se realizar, no subsolo, um muro vertical

de profundidades e espessuras variáveis, constituídos de painéis elementares

alternados ou sucessivos, e aptos a absorver cargas axiais, empuxos horizontais

e momentos fletores.

A parede poderá ter função estática ou de interceptação hidráulica,

podendo ser constituída de concreto simples ou armado, pré-moldada ou de

coulis, conforme o escopo a que se destinar.

Utilizada inicialmente na construção de “cut-off” de barragens para

interceptação de fluxos de infiltração, passou a ser aplicada na solução de grande

número de problemas.

3.3. TUBULÃO

É um elemento de fundação profunda de forma cilíndrica, com um

produndidade igual ou maior a três vezes o seu diâmetro, e geralmente dotado de

uma base alargada que, pelo menos na sua fase final de execução, requer a

descidade de operário ou técnico (o tubulão não difere da estaca por suas

dimensões, mas pelo processo executivo, que envolve a descida de pessoas para

completar a geometria da escavação ou fazer limpeza de solo.

A NBR 6122/96 recomenda que a base do tubulão deve ser dimensionda

de modo a evitar alturas superiores a 2 m. Quando a base se apóia em solo,

deve-se evitar que entre o término da execução do seu alargamento e a

concretagem decorra tempo superior a 24 horas, caso contrário nova inspeção

deve ser feita por ocasião da concretagem, para avaliação.

Os tubulões se classificam, quanto a sua escavação, em dois tipos,

tubulões a céu aberto e tubulões com ar comprimido.

3.3.1. TUBULÓES A CÉU ABERTO

Consistem em um poço aberto manual ou mecanicamente, de modo que

não haja desmoronamento durante a escavação, e acima do nível d’água.

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.

Fases de execução de tubulão a céu aberto1. Escavacao Manual ou mecanica do fuste;2. Alargamento da base e limpeza;3. Colocacao da armadura e concretagem;

4. Tubulao pronto.

3.3.2. TUBULÕES COM AR COMPRIMIDO

Tubulões com ar comprimido são utilizados quando existe água, exige-se

grandes profundidades e existe o perigo de desmoronamento das paredes da

estaca. Nesse caso, a injeção de ar comprimido no tubulões impede a entrada de

água, pois a pressão interna é maior que a pressão da água, sendo a pressão

empregada, no máximo, de 3 atm, limitando a profundidade em 30 m abaixo do

nível d’água.

3.4. CAIXÃO

São fundações profundas de forma prismática, concretadas na superfície e

instaladas por escavação interna (tipo não citado na norma NBR 6122/2010).

4. EQUIPAMENTOS USADOS NAS FUNDAÇÕES

4.1. Equipamentos de sondagem