a importÂncia da observÂncia dos procedimentos...
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UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO
A IMPORTÂNCIA DA OBSERVÂNCIA DOS
PROCEDIMENTOS DAS NORMAS DE SONDAGEM
ITATIBA
2011
Danilo José Marchi Alves
A IMPORTÂNCIA DA OBSERVÂNCIA DOS PROCEDIMENTOS DAS NORMAS DE
SONDAGEM
Trabalho de Conclusão de Curso, do Curso de
Engenharia Civil da Universidade São
Francisco, sob a orientação do Prof. Ms
Ribamar de Jesus Gomes como exigência
parcial para conclusão do curso de graduação.
ITATIBA
2011
Danilo J. M. Alves
A IMPORTÂNCIA DA OBSERVÂNCIA DOS PROCEDIMENTOS DAS NORMAS DE
SONDAGEM
Trabalho de Conclusão do curso de engenharia civil da Universidade São Francisco, como requisito
parcial para aprovação na disciplina.
Aprovado com a nota: ______
Data de aprovação: 17/06/2011
BANCA EXAMINADORA
____________________________________________________
Prof. Ms. Ribamar de Jesus Gomes
Universidade São Francisco
____________________________________________________
Prof. Ms. Nelson Rossi
Universidade São Francisco
____________________________________________________
Prof. Eduardo José Gava
Universidade São Francisco
AGRADECIMENTOS
Primeiramente a Deus, pois sem ele, nada seria possível e não estaríamos aqui
reunidos, desfrutando, juntos, destes momentos que nos são tão importantes.
Ao professor Ribamar de Jesus Gomes, por ter observado e orientado neste trabalho, a
professora e orientadora do curso Cristina,por todo seu esforço e dedicação aos alunos, e aos
demais professores que foram á base para que conseguíssemos mais esta vitória em nossas
vidas.
Aos amigos de nossa turma de Engenharia Civil da Universidade São Francisco. Por
fim á todos aqueles que, direta ou indiretamente, colaboraram para que este trabalho
conseguisse atingir aos objetivos propostos.
RESUMO
O presente trabalho trata de uma revisão bibliográfica onde serão abordados assuntos
referentes a solos, comentando sobre a origem destes através das rochas, suas composições e
classificações. Serão também abordados assuntos relacionados à sondagem, descrevendo os
modelos e procedimentos de execução. Em seguida, serão estudadas as diversas opções de
fundação, demonstrando as aplicações e procedimento de execução. Para demonstração da
importância de uma sondagem com acompanhamento seguindo os procedimentos normativos,
serão analisadas no estudo de caso duas sondagens realizadas em uma mesma propriedade,
onde através de cálculos de dimensionamento da fundação e cálculos de recalques serão
apresentados os resultados que, por fim, serão correlacionados entre si. Na sequência, serão
apresentadas prováveis ocorrências de patologias devido à movimentação da estrutura.
Salienta-se, portanto, todas as falhas que podem ocorrer durante a sondagem devido ao não
cumprimento das normas de sondagem e que acabam revelando assim resultados não
compatíveis com a formação geológica real do solo sondado. Na conclusão, será enfatizado e
discutido um problema que atinge os mais diversos setores: a falta de mão de obra
qualificada.
Palavras-chave: solos, sondagem e fundação.
ABSTRACT
This work is a literature review which will be discussed issues related to soils, commenting
on the origin of these through the rocks, their compositions and
classifications. Are also discussed issues related to the soil survey, describing the models
and implementation procedures. Then, too many options of foundation will be studied,
demonstrating applications and enforcement procedure. To demonstrate the importance
of a soil survey following regulatory procedures, will be analyzed in case study two surveys
conducted in the same property, and by calculation of the foundation design and calculations
of settlements will be presented results that ultimately will be correlated with each
other. After that, will be presented probable occurrences of diseases due to movement of the
structure. Therefore, should be noted all faults that may occur during the survey due to
non compliance and that the survey results did not turn out well compatible with the
geological formation of the ground sounded real. In conclusion, will be emphasized and
discussed a problem that affects the most several sectors: the lack of skilled labor.
Keywords: soil, soil survey and foundation drilling.
SUMÁRIO
Lista de figuras.....................................................................................................................IX
Lista de tabelas.....................................................................................................................XI
Lista de abreviatura..............................................................................................................XII
1.Introdução..........................................................................................................................11
1.1 Origem dos solos.............................................................................................................11
1.2 Apresentação dos modelos de sondagem........................................................................11
1.3 Modelos de fundação......................................................................................................12
1.3.1 Fundações Indiretas rasas.............................................................................................13
1.3.2 Fundações diretas profundas........................................................................................13
1.3.3 Fundações Indiretas......................................................................................................13
2.Revisão bibliográfica..........................................................................................................15
2.1Orientações sobre solo......................................................................................................15
2.1.2 Origem dos solos..........................................................................................................15
2.1.2 Composição dos solos...................................................................................................21
2.1.3 Classificação dos solos...... ..........................................................................................27
2.2 Modelos de sondagem.....................................................................................................30
2.2.1 Sondagem por poço de inspeção...................................................................................30
2.2.2 Sondagem a trado.........................................................................................................32
2.2.3 Sondagem SPT (Standard Penetration Test)................................................................33
2.2.3.1 Sondagem SPT-T (com torque de tração).................................................................37
2.2.4 Sondagem rotativa........................................................................................................38
2.2.5 Sondagem mista............................................................................................................39
2.2.6 Sondagem de cone (CPT) Sondagem Piezocone (CPTU)............................................39
2.2.6.1 Sondagem CPT..........................................................................................................39
2.2.6.2 Cone elétrico..............................................................................................................40
2.2.6.3 Piezocone...................................................................................................................41
2.2.6.4 Apresentação dados coletados...................................................................................42
2.2.6.4.1 Parâmetros geotécnicos...........................................................................................42
2.2.7 Sondagem cone sísmico (SCPT/SCPTU)......................................................................44
2.3 Fundação..........................................................................................................................45
2.3.1 Fundações diretas raras ................................................................................................46
2.3.1.1 Atuação do bloco/ sapata sobre o solo .......................................................................47
2.3.1.1.1 Critério de Terzaghi para obtenção da tensão de ruptura........................................48
2.3.1.1.2 Método empírico (prático) para obtenção da tensão de ruptura..............................52
2.3.1.1.3 Calculo do recalques em fundações rasas................................................................52
2.3.1.1.3.1 Recalques por adensamento- solo argiloso............................................................53
2.3.2 Blocos e alicerce............................................................................................................55
2.3.3 Sapatas...........................................................................................................................66
2.3.3.1.1 Definição das dimensões em planta da sapata..........................................................69
2.3.3.1.2 Pilares próximos ( Sapatas Associadas)....................................................................71
2.3.3.1.3 Pilares de divisa (Sapata com viga alavanca)...........................................................71
2.3.3.1.4 Sapatas para pilares especiais....................................................................................75
2.3.3.2 Derterminação da altura da sapata...............................................................................76
2.3.3.3 Analise das tensões de cisalhamento...........................................................................77
2.3.3.4Determinaçao da flexão e cálculo da armadura............................................................77
2.3.4 Fundação Radiers............................................................................................................79
2.3.5 Fundação Tubulões.........................................................................................................81
2.3.5.1 Dimensionamento de Tubulão isolado sem revestimento.............................................82
2.3.5.1.1 Vantagens do tubulão................................................................................................84
2.3.5.2 Tubulão em pilar de divisa ...........................................................................................84
2.3.5.3 Tubulão pilares próximos..............................................................................................86
2.3.5.4 Tubulão em pilares no alinhamento de calçadas..........................................................88
2.3.6 Fundação sobre estacas...................................................................................................88
2.3.6.1 Determinação das cargas de trabalho...........................................................................88
2.3.6.2 Determinação do numero de estacas por pilar..............................................................89
2.3.6.3 Determinação da capacidade de carga nas estacas.......................................................90
2.3.6.4 Efeito de agrupamento de estacas (critério de eficiência)............................................94
2.3.6.5 Dimensionamento do bloco..........................................................................................95
2.3.6.6 Dimensionamento estacas para pilares de divisa.........................................................97
2.3.6.7 Dimensionamento de pilares próximo .........................................................................98
2.3.6.8 Dimensionamento de pilares no alinhamento da calçada.............................................98
2.3.7 Reformulação de blocos.................................................................................................99
2.3.8 Características dos tipo de estaca...................................................................................100
2.3.8.1 Estaca Escavada com trado Helicoidal........................................................................100
2.3.8.2 Estaca Strauss..............................................................................................................102
2.3.8.3 Estaca tipo Broca Apiloada.........................................................................................105
2.3.8.4 Estaca Franki................................................................................................................105
2.3.8.5 Estaca tipo Hélice continua.........................................................................................108
2.3.8.6 Estaca tipo Ômega.......................................................................................................109
2.3.8.7 Estaca Raiz..................................................................................................................110
2.3.8.8 Estaca Madeira............................................................................................................112
2.3.8.9 Estaca Metálica............................................................................................................114
2.3.8.10 Estaca Pré- moldadas.................................................................................................115
2.3.8.11 Estacas Mega.............................................................................................................117
3 Metodologia..........................................................................................................................119
3.1 Atrito e coesão do solo.......................................................................................................120
3.2 Distribuição das cargas da estrutura no solo......................................................................121
3.3 Relatório de sondagem sem acompanhamento..................................................................123
3.4 Relatório de sondagem com acompanhamento..................................................................124
3.5.1 Calculo da dimensão da sapata a partir do laudo da primeira sondagem........................125
3.5.2 Calculo da dimensão da sapata a partir do laudo da segunda sondagem........................126
3.5.3 Comparativo entre as dimensões das sapatas...................................................................126
3.6 Calculo do recalque ............................................................................................................127
3.6.1 Calculo do recalque estimado...........................................................................................128
3.6.2 Calculo do recalque real....................................................................................................129
3.7 Patologias.............................................................................................................................130
3.8 Considerações Finais............................................................................................................133
4 Referências bibliográficas.......................................................................................................135
IX
Lista de Figuras
Figura 01: Imagem demonstrativa do local de formação de rochas intrusivas e extrusivas.....07
Figura 02: A estratificação das rochas sedimentares e o principio da sobreposição.................09
Figura 03: Demonstração do processo de intemperismo e diagênese.......................................09
Figura 04: Solo jovem e solo maduro.......................................................................................16
Figura 05: Imagem equipamento sondagem SPT com trépano.................................................26
Figura 06 Imagem do equipamento de sondagem rotativa........................................................28
Figura 07: Imagem do equipamento de sondagem CPT............................................................31
Figura 08 Imagem do piezocone................................................................................................32
Figura 09: Imagem do equipamento sondagem SCPTU............................................................35
Figura 10: Estados de ruptura....................................................................................................40
Figura 11: Determinação de N.................................................................................................42
Figura 12: Imagem da sapata.....................................................................................................47
Figura 13: Imagem cone Hipotético de punção.........................................................................47
Figura 14: Imagem distribuição tensão solo..............................................................................48
Figura 15: Desenho em planta da sapata...................................................................................50
Figura 16: Sapatas com cotas diferentes...................................................................................50
Figura 17: Sapata de divisa com viga alavanca.........................................................................52
Figura 18: Sapata de divisa de encosta......................................................................................54
Figura 19: Sapata de divisa alavancada no mesmo pilar...........................................................55
Figura 20: Pilar especial............................................................................................................56
Figura 21: Determinação de H e de ho......................................................................................57
Figura 22: Detalhe do radier com viga contorno.......................................................................60
Figura 23: Tubulão a céu aberto................................................................................................62
Figura 24: Tubulão a ar comprimido.........................................................................................62
Figura 25: Tubulão de divisa com viga alavanca......................................................................65
Figura 26: Tubulão de pilares próximos (uma falsa elipse)......................................................67
Figura 27: Tubulão de pilares próximos (duas falsa elipse)......................................................67
Figura 28: Tubulão de pilares muito próximos.........................................................................68
Figura 29: Bloco com uma ou duas estacas..............................................................................70
Figura 30: Dimensão do bloco..................................................................................................75
X
Figura 31: Geometrias de blocos de fundação......................................................................77
Figura 32: Reformulação geométrica do bloco de fundação................................................80
Figura 33: Equipamento de perfuração de trado helicoidal...................................................81
Figura 34: Equipamento de estaca Strauss.............................................................................82
Figura 35: Equipamento para estaca Franki...........................................................................86
Figura 36: Processo executivo da estaca Franki.....................................................................87
Figura 37: Equipamento de estaca tipo hélice continua.........................................................88
Figura 38: Trado tipo hélice ômega.......................................................................................89
Figura 39: Equipamento de estaca raiz..................................................................................90
Figura 40: Imagem da estaca de madeira..............................................................................92
Figura 41: Imagem das seções transversais para estaca metálica..........................................94
Figura 42: Imagem estaca pré-moldada.................................................................................95
Figura 43: Imagem estaca Cravada com martelo...................................................................95
Figura 44: Estaca mega aplicada...........................................................................................97
Figura 45: Laudo de sondagem com duvidoso acompanhamento técnico............................103
Figura 46: Laudo de sondagem com acompanhamento técnico...........................................104
XI
Lista de Tabelas
Tabela 01: Numero de furos por .........................................................................................25
Tabela 02: Acurácia de parâmetros geotécnicos estimados através do ensaio de piezocone....34
Tabela 03: Fatores de capacidade de carga (Terzaghi)..............................................................39
Tabela 04: Fatores de forma......................................................................................................40
Tabela 05: Fatores de segurança................................................................................................41
Tabela 06: Fator de influência (Iw)...........................................................................................44
Tabela 07: Valores de coeficiente de Poisson do solo (μ).........................................................45
Tabela 08: Módulo de elasticidade do solo (ES).......................................................................45
Tabela 09: Coeficiente F1 e F2..................................................................................................72
Tabela 10: Coeficiente K E α.....................................................................................................72
Tabela 11: Fator de correção ..................................................................................................73
Tabela 12: Fator k (kN/m²)........................................................................................................74
Tabela 13: Coeficiente de correção do tipo de estaca e solo de apoio ()................................74
Tabela 14: Fator de eficiência....................................................................................................75
Tabela 15: Carga nominal estaca escavada com trado helicoidal..............................................82
Tabela 16: Capacidade de carga nominal estaca Strauss...........................................................85
Tabela 17: Carga nominal estaca apiloada.................................................................................86
Tabela 18: Carga nominal estaca Franki....................................................................................88
Tabela 19: Carga nominal estaca de hélice continua.................................................................89
Tabela 20: Carga nominal estaca tipo Ômega...........................................................................90
Tabela 21: Carga nominal estaca tipo raiz.................................................................................92
Tabela 22: Carga Nominal da estaca de Madeira......................................................................93
Tabela 23: Carga nominal das estacas metálicas........................................................................95
Tabela 24: Carga nominal estacas pré-moldadas.......................................................................97
XII
Lista de Abreviaturas
ABNT- Associação Brasileira de Normas Técnicas
NBR- Normas Brasileiras Regionais
NB- Normas Brasileiras
SPT- Standard Penetration Test
CPT: PowerProbe Cone Penetration Testing
CPTU: PowerProbe Cone Penetration Testing from piezocone
SCPT: PowerProbe Cone Penetration Testing penetrometer seismic piezocone
SCPTU: PowerProbe Cone Penetration Testing penetrometer seismic piezocone
1
1 – INTRODUÇÃO
Esse trabalho de conclusão de curso tem por objetivo principal realizar estudos sobre
uma das etapas de um inicio de obra, que no caso analisado será sobre Sondagem,
descrevendo as normatizações das técnicas e a importância sobre sua correta execução.
Desde o inicio da civilização o homem vem adquirindo conhecimentos sobre os solos
métodos construtivos de fundações a serem utilizado, porém devido á falta de estudos mais
avançados muitas vezes as construções apresentavam problemas de fissuras que chamamos de
patologias.
O advento da sondagem surgiu á necessidade de superar esse obstáculo, com a
investigação do subsolo antes do inicio da construção e assim criaram-se a sondagem.
O termo sondagem deriva da palavra sondar, que se define como sendo, pesquisar,
explorar, investigar. A sondagem trás uma coleta de informações sobre algo que necessitamos
descobrir, no caso de sondagem de solo, será apresentado o tipo de solo encontrado, as suas
respectivas informações técnicas e o nível da água quando existente.
1.1. Origem dos solos
Os solos são proveniente da decomposição de rochas, por meios de ações ligadas a
temperatura como por exemplo o calor, ou por processos erosivos ligados a ações do vento,
chuvas ou seres vivos, tais como bactérias e fungos.
Os solos são constituído por matéria mineral (areia, calcário, limo, argila), matéria
orgânica (húmus, restos de plantas e animais), ar e água.
1.2. Apresentações dos modelos de sondagem
Existem no mercado diversos modelos de sondagens que derivam de acordo com a
quantidade de informações oferecidas, equipamentos necessários para sua utilização,
qualificação da mão de obra para seu manuseio, limitações do próprio equipamento e os
diferenciais entre os valores de serviço de cada modelo.
2
Sondagem por poços de inspeção uma escavação vertical que permite o acesso ao
interior do terreno para verificação direta in situ do material, sua estrutura e composição.
Sondagem a Trado, consiste em uma perfuração de pequeno diâmetro (3'') para
coleta de amostras de solos, verificação das diferentes camadas de solo e nível do lençol
freático. Entretanto nesta perfuração não ocorre a determinação do índice de resistência a
penetração NSPT.
Sondagem SPT (Standard Penetration Test), mais famoso ensaio de sondagem do
Brasil e do mundo devido baixo custo e por ser uma sondagem de simples reconhecimento
dos dados.
Sondagem Rotativa, usada quando alcançado uma camada de rocha ou solo de alta
resistência, blocos ou matacões. Pode ser usada também para solos quando a investigação do
solo é pormenorizada.
Sondagem mista usada quando há uma cobertura de material terroso (solo) sobre o
maciço rochoso no local onde será executada a sondagem rotativa.
Sondagem de cone (CPT) sondagem de Piezocone (CPTU) e uma das mais
avançadas tecnologicamente que encontramos no mercado por ela trabalhar em conjunto uma
parte mecânica de penetração da sonda e uma parte elétrica onde são apresentados valores de
resistência do solo na ponta do cone, atrito lateral, no entanto a CPTU avança pouco mais e
apresenta valores de pressão intersticial da água.
Sondagem cone sísmico (SCPT/SCPTU) uma técnica mais aprimorada da sondagem
de cone onde são incorporados a sonda geofones ou aceleradores.
1.3. Modelos de Fundações
Denomina-se fundação todo elemento estrutural que tem por função distribuir a
carga total ou parcial de uma estrutura ao solo de apoio, a transição das cargas ao solo podem
ocorrer diretamente em fundações rasas ou profundas e fundações indiretas por atrito lateral e
ponta.
3
1.3.1 Fundações diretas rasas.
- Blocos e alicerces; são componentes estruturais que trabalham apenas a compressão,
dispensando a utilização de armaduras. Os blocos têm por função transmitir cargas de pilares
ao solo e são empregados geralmente em obras de pequeno porte. Os alicerces são conhecidos
blocos corridos e tem função de suportar paredes
- Sapatas; um dos mais usuais estilos de fundação aplicada em obras de pequeno porte
devido suas facilidades de construção e as suas utilizações como em receber carga de
conjunto de pilares, pilares isolados entre outras aplicações.
- Radiers; técnica muito utilizada na construção de casas populares pela facilidade de
sua realização e agilidade no cronograma da obra, o radiers consiste em realizar o concretado
de uma laje armada sobre a área onde será construída a residência assim ela trabalhará como
uma sapata gigante distribuindo toda a carga no solo e também já serve como rumo pra a
construção dos pilares e paredes.
1.3.2 Fundações diretas profundas.
- Tubulões; construído todo manualmente e geralmente utilizado em obras de grande
porte o tubulão consiste na escavação manual de um poço, escavando até encontrar o nível de
solo com alta resistência geralmente areia grossa, ao encontrar a camada desejada faz se uma
escavação circular aumentando a área de distribuição da carga .
1.3.3 Fundações indiretas.
- Brocas; sendo realizada pelo próprio pessoal da obra o broca escavada necessita
apenar to trado (objeto cilíndrico com quatro facas cortantes em uma das extremidades) tubos
para emenda da haste, inicia-se o furo com uma cavadeira manual até aproximadamente um
metro a partir desse ponto emenda-se a primeira haste no trado e virando o mesmo dentro do
buraco no sentido de corte das laminas decorre o processo de aprofundamento do furo, o trado
armazena em seu interior todo o solo escavado assim é necessário realizar a descarga do
material acumulado.
4
- Estacas de madeira; técnica muito arcaica porem muito utilizada em fundações onde
o nível do lençol freático impedia a utilização de outro modelo de fundação. As estacas eram
feitas de troncos de arvores e cravadas com bate estaca de martelo, era importante garantir
que o tronco ficasse submerso na água.
- Estacas metálicas; fabricada de perfil metálicos laminados ou trilhos de trem,
geralmente soldados duas peças afim de garantir q não ocorra a flambagem, sua cravação da
estaca metálica utilizando-se bate estaca.
- Estacas pré-moldadas de concreto; com aplicação da mesma maneira que as estacas
citadas acima ela é cravada fazendo uso de bate estaca, porem com um martelo de maior peso.
- Estaca Strauss; uma das mais famosas soluções para fundações profundas a estaca
Strauss tem seu processo executivo partindo da abertura de um furo até uma profundidade de
um metro e meio e coloca-se o tubo de encamisamento, esse processo é continuo até a cota
onde se encontra um solo com capacidade de sustentação da carga aplicada, depois concreta-
se e retirando o tubo de encamisamento.
- Estaca Frank; esse método é aplicado com um tubo de aço tampada umas das
extremidades com concreto de alta resistência, inicia-se a cravação do tubo com a ponta de
concreto até a profundidade desejada, então segura-se o tubo e com o pilão batendo descola o
tampo de concreto e inicia a concretagem fazendo retirada do tubo respectivamente.
- Estaca raiz; estaca moldada “in loco” parte da realização de um furo com broca
rotativa até a profundidade desejada ou de limite do equipamento, em seguida desce a
armadura pelo centro da broca e inicia concretagem.
- Estaca Mega; estaca utilizada como reforço de alguma fundação mal projetada ela
faz uso do próprio peso da estrutura construída e faz cravamento com macaco hidráulico de
novas estacas geralmente peças de um metro.
- Estaca escavada e/ barrete; a estaca escavada possui seção circular e é escavada com
equipamento rotativo, fazendo uso de lama betonitica e concretando com tremonha, a estaca
barrete possui seção retangular e escavada com guindaste acoplado, também fazendo uso de
lama betonitica e concretando com tremonha.
5
2 - REVISÃO BIBLIOGRAFICA
Neste trabalho será enfatizado estudo prévio de solo para construção, a “sondagem”,
sobre esse contexto será trabalhado a importância da veracidade dos resultados dessa
pesquisa. A sondagem é o primeiro passo de qualquer obra, portanto requer uma importância
muito grande na interpretação de seus dados apresentados, pois ela pode influenciar
diretamente o custo e no cronograma de uma obra. Porem a falta de idoneidade de empresas
desse ramo também está se tornando mais um obstáculo para os engenheiros por apresentares
resultados “maquiados” e influenciando na escolha de fundações inadequadas. Para melhor
entendimento da necessidade de uma correta investigação sobre o solo é importante ter
domínio da sua origem descendente das rochas e também sobre a sua composição, dessa
maneira compreender a sua diversidade. Para cada estudo de solo, existe a fundação mais
apropriada, equilibrando custo e cronograma, e evitando patologias. Portanto neste trabalho
será estuda a formação e os modelos de rochas existentes, a composição dos solos, os modelos
de fundação e patologias relacionadas à fundação. Finalmente, fazer um estudo de caso sobre
duas sondagens de um mesmo local no qual a primeira, possuía resultados divergentes do
histórico da região.
2.1 – Orientações sobre solo.
2.1.1 – Origem dos solos
O solo é a camada mais aflorada da crosta terrestre, por onde é possível locomover,
plantar e construir. As finalidades do solo são muito variadas e depende da sua área de
utilização.
Na agricultura o solo é considerado como terra tratável, geralmente camadas de
poucos metros altura e que suportam a fixação de raízes.
Na geologia solo é entendido como material de origem das rochas e disposto em
camadas não consolidada sobre a camada terrestre.
Para a Engenharia Civil solo material de possível escavação e serve como base de
sustentação para obras de construção civil e rodovias.
6
Na Arqueologia o solo é material no qual se encontram registros de civilizações
antigas e organismos fósseis
Os solos são de origem do magma, que é um material encontrado no núcleo terrestre,
naturalmente a temperaturas muito elevadas, esse material chega a camada terrestre através de
vulcões e após seu resfriamento transforma-se em rocha.
As rochas são classificadas de acordo com seu o processo de sua formação.
- rochas magmáticas ou ígneas, derivam diretamente do magma e são divididas em
dois grandes grupos.
Plutônicas ou Intrusivas, esse grupo de rocha se destaca por se formarem nas
profundidades da crosta terrestre, nas partes da litosfera (como demonstrado figura 01). O
que fez com que elas se resfriassem lentamente, dessa maneira as rochas plutônicas se
caracterizam por possuírem minerais que se cristalizaram em dimensões maiores e de fácil
visualização sem necessidade do uso de aparelhos de aumento (microscópio ou
lupa),encontramos nesse grupo rochas com alto índice de dureza. Exemplos: Granito
Vulcânicas ou Extrusivas, esse grupo de rochas se formou sobre a camada
terrestre (como demonstrado figura 01) obtendo assim um resfriamento acelerado da lava
vulcânica, o que impede o crescimento muito grande no processo de cristalização dos
minerais, fator que facilita seu reconhecimento visual sem o uso de aparelhos específicos.
Destaca-se por ser uma rocha solida e seu uso é muito comum em obras de construção civil.
Exemplo: Basalto
7
Figura 01 Imagem demonstrativa do local de formação rochas intrusivas e extrusivas.
Fonte: www.cientic.com/portal
- Rochas Sedimentares, recobrindo aproximadamente ¾ da totalidade da Terra, esse
grupo se encontra facilmente sobre os continentes e fundos de oceanos. Formando uma
pequena camada sobre as rochas magmáticas e metamórfica as quais constituem o maior
volume do maciço rochoso da crosta terrestre. As rochas sedimentares têm origem de rochas
pré-existentes onde ocorre o fenômeno do intemperismo.
Intemperismo (figura 3) é o um conjunto de fenômenos físicos (erosão) ou químico
(meteorização ou decomposição),que atua sobre as rochas. Os fatores que controlam a ação do
intemperismo são o clima, como por exemplo, a variação sazonal da chuva e da temperatura,
e ainda o relevo, este último influindo no regime de infiltração e drenagem das águas.
Dessa maneira o material retirado das rochas pelo intemperismo é transportado através
do vento, água e geleiras (figura 03) até os locais mais baixos onde se localizam as zonas
sedimentares depositando no solo, fundo do oceano, lagos e rios, sobre camadas já adensadas
(figura 02) ocorrendo o processo da diagênese, conjunto de transformações que ocorre sobre
material sedimentar após depositado, esses mudanças ocorrem quanto a pressão, temperatura,
EH, ph e pressão de água. O processo termina na transformação do material sedimentar
depositado em rocha ou litificação.
8
Processos de diagênese:
Compactação, a compactação diagenética pode ocorrer de duas maneiras, química
ou física. Na reestruturação química ocorre dissolução dos minerais sob pressão, assim
agrupando os em uma única peça. Na reestruturação física ocorre o reagrupamento das
partículas e quebra ou fissura dos cantos através de pressão dessa maneira permitindo
maior área de contato entre as partículas.
Dissolução, a dissolução diagenética tem como fator principal o efeito ou não de
pressão. Se houver ausência de pressão, ocorre somente a percolação de fluidos no material
depositado, podendo ocorrer reações químicas entre a solução e os minerais depositados.
Quando ocorre dissolução sob pressão, também chamada de compactação química, podem
ocorrer vários tipos de feições, as quais dependem da escala do material analisado. Em
escala granulométrica, conforme aumenta o grau de soterramento, os grãos passam a ter
contatos pontuais, planares, côncavo-convexos e suturados. A geração de poros ocorre
devido à dissolução e fragmentação dos agregados sedimentares durante a diagênese,
constituindo uma feição muito importante para o acúmulo de óleo e gás.
Cimentação: Trata-se da cristalização de minerais formados a partir dos íons
dissolvidos na solução intersticial, uma solução sólida na qual os átomos de um
componente estão dissolvidos nos interstícios (pequenos espaços) formados pelo arranjo
dos átomos do outro componente. Ocorre em conjunto com a dissolução diagenética.
Recristalização diagenética: Neste processo, sob condições de soterramento,
ocorrem mudanças na mineralogia e na textura cristalina do material sedimentar. Dois
exemplos são comuns. O primeiro é a transformação de aragonita em calcita, ambos
compostos por carbonato de cálcio, porém de estruturas cristalinas distintas. Neste caso,
também chamado de neomorfismo, há mudanças apenas no retículo cristalino, sendo
mantida a composição original. O segundo é a mudança na composição química,
denominada substituição, na qual ocorre a troca da calcita ou aragonita por sílica.
9
Figura 02 : A estratificação das rochas sedimentares e o príncipio da sobreposição
Fonte: www.sobiologia.com.br/conteudos/Solo/Solo5.php
Figura 03: Demonstração do processo de Intemperismo e Diagênese.
Fonte: http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Solo/Solo5.php
- Rochas Metamórficas – esse grupo de rocha tem origem de outras rochas podendo
ser elas ígneas (ortometamórficas), sedimentares (parametamórfica) ou até mesmo outras
matrizes metamórficas. São concebidas através de um processo envolvendo a atuação de
temperaturas e pressão diferentes das iniciais. A subdivisão desse grupo é feita através de
estudos que definirão sua formação. Estes estudos envolvem os parâmetros físicos envolvidos,
mecanismos responsáveis pela conjugação desses parâmetros, localização e extensão na crosta
terrestre, tipos de rochas metamórficas formadas.
10
Até os dias atuais é conhecido sete maneiras diferentes de formação de rochas
metamórficas, metamorfismo regional ou dinamotermal, contato ou termal e dinâmico ou
cataclástico, esses três primeiros já conhecidos de estudos mais antigos, também temos o
soterramento, hidrotermal, de fundo de oceânico e de impacto, já esses descobertos sobre
pesquisas mais recentes.
Metamorfismo regional ou dinamotermal: Conhecido por atuar em grandes extensões
e profundidades, ele se caracteriza pela formação de rochas através da variação de
temperatura, pressão litostática e pressão dirigida, conjunto de fatores que devem atuar
durante milhões de anos. Pode ocorrer fluxo intenso de calor e gradiente térmico (variação de
temperatura com relação a distância) em torno de 60º/ Km. As rochas são fortemente
dobradas e folhadas, e sofrem recristalização, formando novas texturas e associações minerais
estáveis nas novas condições, geralmente apresentam estrutura foliada, tendo como exemplos:
ardósias, filitos, xistos, gnaisses, anfibolitos, granulitos e migmatitos.
Um caso especial de metamorfismo regional é o metamorfismo retrógado esse gerado
pela queda de pressão e temperatura. Rochas que sofreram metamorfismo regional são
facilmente encontradas sobre a crosta terrestre.
Metamorfismo de contato ou termal: Esse fenômeno é influenciado apenas pela
temperatura, ocorre na região de contato, sob influencia do calor cedido por uma intrusão
magmática nas camadas encaixantes de rochas sedimentares, metamórficas ou magmáticas.
Esta transformação que ocorre na encaixante denomina-se auréola de contato (figura 04) onde
sua extensão depende de vários fatores: da temperatura de intrusão, da capacidade calorífera
(que depende da temperatura, massa e calor específico do magma invasor), da diferença da
temperatura da intrusão e das rochas encaixantes, do tipo de esforço que acompanha a
intrusão, a natureza química das rochas encaixantes e a natureza do magma. As rochas
resultantes do metamorfismo de contato são denominadas de hornfels.
Metamorfismo dinâmico ou cataclástico: Caracteriza-se por se desenvolver em faixas
longas e estreitas, esse tipo de metamorfismo se forma em zonas de cisalhamento ou grandes
falhas, onde as pressões intensas causam movimentação e deformação na crosta terrestre. A
energia mecânica envolvida gera uma fragmentação dos minerais nas regiões de maior
deformação, reduzindo a granulação das rochas e deformando-as. O material formado nas
zonas superficiais é oriundo de deformação frágil e fragmentação de minerais catáclase. O
11
produto nas zonas profundas, são de uma deformação dúctil, estiramento mineral e
recristalização/ neomineralização quando na presença de fluidos.
Metamorfismo de soterramento: Ocorre em bacias sedimentares de subsidência
(formadas com o adensamento lento), essas camadas se formam por soterramento de espessas
sequências de rochas sedimentares e vulcânicas a profundidade onde a temperatura pode
chegar a 300º ou mais devido ao fluxo de calor na crosta.
Metamorfismo hidrotermal: É o resultado da percolação de águas quentes ao longo de
fraturas e espaços intergranulares das rochas. É considerado como um processo
metassomático, onde ocorrem trocas iônicas entre a água quente e as paredes das fraturas. Os
minerais perdem estabilidade e recristalizam-se sob temperaturas entre 100 a 370ºC. Ocorre
frequentemente em bordas de intrusões graníticas, em áreas de vulcanismo basáltico
submarino e em campos geotermais, sendo um importante processo gerador de depósitos
minerais.
Metamorfismo de fundo oceânico: Ocorre próximo aos rifts das cadeias meso-
oceânicas, onde a crosta recém formada e quente interage com a água fria do mar através de
processos metassomáticos (conflito geoquímico entre fluido e rocha) e metamórficos termais.
Metamorfismo de impacto: Pouco comum esse metamorfismo ocorre devido a um
impacto de um grande meteorito, no impacto uma grande energia é dissipada em forma de
ondas de choque o que fratura e desloca as rochas abrindo uma cratera, a energia dissipada
gera também um aquecimento local da ordem de aproximadamente 5000ºC o que vaporiza o
meteorito e funde novamente a rocha.
2.1.2 – Composição dos solos
Os solos são originados através da decomposição de rochas por um conjunto de fatores
chamado intemperismo ou meteorização, que são fenômeno físico, químico e biológico que
atuam sobre as rochas expostas. A composição do solo depende de diversos fatores, entre eles
o intemperismo físico, intemperismo químico, intemperismo biológico, material de origem,
relevo local e tempo de formação.
12
Os solos são formados por matéria mineral (areia, calcário, limo, argila), matéria
orgânica (húmus, restos de plantas e animais), ar e água.
Intemperismo físicos: gera a desagregação da rocha sem atuação química maior a
cristalização dos sais envolvidos. Esse processo envolve cristalização de sais, congelamento,
Elevação de temperatura, atividades biológicas.
-Elevação de temperatura, com a elevação da temperatura ocorre o aumento do volume
dos minerais cristalizados na formação das rochas, com a retração dos minérios devido a
queda de temperatura surgem micro fissuras.
-Congelamento, esse processo se da a partir do acumulo de água nas micro fissuras
seguido de uma queda significativa na temperatura o que da causa ao congelamento da água e
seu aumento do volume, gerando assim a ação de uma força tornando a micro fissura em
fissuras maiores, quando esse fenômeno ocorre no”canto” da rocha ocorre o desprendimento
daquela micro área.
-Cristalização de sais, esse fenômeno ocorre nas costas marítimas onde o sal trazido
pela maresia se aloja nas micro fissuras gerando uma pressão e acelerando o processo
desagregador.
-Atividades biológicas, ocorre devido a formação de raízes sobre as fissuras da rocha
abrindo canais para outras formas de intemperismo. Pode ocorrer também abertura de canais
por insetos em rochas mais mole.
Intemperismo Químico: esse tipo de reação é caracterizado pela reação química entre
a rocha e soluções aquosas diversas. Os gases mais importantes nesse intemperismo são o
oxigênio e o gás carbônico, encontrados nas águas pluviais. Os principais tipos de reações
químicas são: dissolução; carbonatação; hidratação e hidrolise; oxidação e redução. O ataque
químico a uma rocha pode ser divido em três etapas, primeiro ataque ao mineral da rocha,
mantendo a textura da rocha, segundo ataque os minerais são completamente decompostos,
mas a rocha mantém sua textura, o terceiro ataque ocorre a decomposição total da rocha,
desaparecendo toda sua textura. Ocorre surgimento do solo.
-Dissolução, muito comum em rochas formadas por carbonatos, sua decomposição da
origem a formação de cavernas em regiões calcária.
Reações Químicas
CaCO3 Ca2+ + 2HCO-3
13
( S o l u ç ã o )
Ca, Mg(CO3)2 + H2CO3 Ca2+ + Mg2+ + 2HCO- 3
-Carbonatação, o gás carbônico dissolvido na água gera uma solução de acido
carbonico, a solução em contato com os minerais dão origem a uma reação de carbonatação.
A carbonatação é uma modalidade de hidrolise por apresentar liberação de íons.
CO2 + H2O H2CO3 (acido carbônico), assim
(Feldspato)2KAlSi3O8 + 2H2CO3 + H2O Al2Si2O5(OH)4(Caulinite)+ 4SiO2 +
2K1 + 2HCO3 (íon bicarbonato)
Hidratação e Hidrólise, com a hidratação a água é incorporada, indo fazer parte do
edifício cristalino do mineral e com a hidrólise é uma reação química entre os íons H+ e o
OH- de água e íons do mineral.
K Al Si3 O8 + H2O Al2Si2O5(OH)4 + SiO2 + K+
-Oxidação e redução, oxidação é um processo onde o elemento perde elétrons da sua
composição química, esse processo se da geralmente com o oxigeno (encontrado na água, ar,
etc) que reage com os minerais, principalmente com os que contem ferro, manganês e
enxofre. Redução é o mecanismo inverso da oxidação e consiste no ganho de elétrons por um
átomo, esse elétron se incorpora na estrutura interna do átomo. Esses dois processos
produzem uma reação de oxi-redução ou redox, um elemento cede alguns elétrons e,
consequentemente, se oxida, enquanto o outro recebe esses elétrons e sofre processo de
redução. Ex. ferrugem.
Fe2SiO4 + ½O2+ 2H2O <===> Fe203 + H4SiO4
(Ex: rocha(olivina) (hematita)
Produtos finais do intemperismo químico dos minerais de rocha
• feldspatos ⇒argilas + m SiO2 2 H2O + cátions (Na+, Ca++, K+)
• piroxênios ⇒argilas + m Fe2O3n H2O + cátions (Ca++, Mg++)
14
• anfibólios• mica biotita ⇒argilas + m Fe2O3n H2O + p SiO22 H2O +
cations(K+,Mg++)
• mica moscovita ⇒argilas + m SiO22 H2O + cáions(K+)
• quartzo ⇒não se decompõe• calcita (CaCO3) ⇒se dissolve sem deixar resíduo
• dolomita (CaMgCO3) ⇒se dissolve sem deixar resíduo
Intemperismo Biológicos: este grupo de intemperismo são agrupados dois processos,
o processo de natureza física, causado pelo crescimento de raízes sobre as rochas e alguns
insetos que perfuram rochas mais brandas, e o processo orgânico causado por fungos,
bactérias, algas, liquens,musgos e por vegetações maiores.
No processo de natureza física, podemos considerar o crescimento das raízes das
plantas em locais de fendas nas rochas ou externamente, o crescimento das raízes em zonas de
cisalhamento ou falhas geológicas gera uma força sobre as rochas causando sua fragmentação.
Organismos perfurador/escavador são pequenos insetos que atuaram em rochas mais brandas,
facilitando a penetração de raízes.
No processo de decomposição biológica, as rochas sofrem a ação de microorganismos
(fungos e bactérias) que atuam de modo a “preparar” facilitar o ataque químico dos liquens,
algas e musgos, sendo os últimos estágios associados com vegetais superiores. Esse ataque
químico ocorre através da produção de ácidos orgânicos. A decomposição de restos orgânicos
de plantas e seres vivos, na ausência de oxigênio produz o húmus. O húmus atua como acido
orgânico fraco, favorecendo a decomposição de silicatos por deslocamento de cátions.
Relevo local: além de influenciar diretamente na temperatura local, lugares elevadas
altitudes possuem temperaturas menores, o relevo também influencia quanto a quantidade de
água que infiltra no solo e na lixiviação (é o processo de extração de uma substância presente
em componentes sólidos através da sua dissolução num líquido dos constituintes solúveis.).
Ocorre a influencia também na velocidade de escoamento da água da chuva e erosão do
material intemperizado expondo novas superfícies.
A erosão pode ser classificada de duas maneiras, a erosão por ação da água seja ela de
origem da precipitação ou do leito de rios, e erosão por ação do vento (erosão eólica), nos dois
casos é notável que o solo das regiões mais elevadas são mais ralos e pouco desenvolvidos,
devido ser regiões mais erosivas, e nas regiões mais baixas acabam por ser mais
15
desenvolvidos por receberem os materiais das regiões mais elevadas que se depositam nessa
região.
Demonstração da influência do relevo na formação do solo:
Interflúvio: localizado nas regiões mais altas e formado geralmente por planícies, se
destaca pela facilidade de infiltração e baixa velocidade de escoamento da água, facilitando o
fenômeno da lixiviação. Possui solos profundos, lixiviados e ácidos.
Escarpa: ocorre um intenso processo erosivo impedindo a formação da vegetação e
deixando apenas o afloramento da rocha.
Encosta: ocorre um intenso processo erosivo devido a intensidade do escoamento
superficial, é uma região de solos rasos com um equilíbrio entre taxa erosão e formação de
solos.
Pedimento: área de recebimento do material resultante do intemperismo que foi
erodido e depositado nessa região, existe a formação de solos profundos porém repleto de
pedras.
interflúvio escarpa
encosta
pedimento
planície aluvial
16
Planície Aluvial: área de maturidade do solo, sendo local de deposito final da
decomposição das rochas matrizes, dessa maneira a matriz geradora fornecer solo férteis a
planície também será. Essas regiões podem servir de deposito para material transportado por
enchentes, transformando os em férteis.
Material de origem: produtos de decomposição de restos de vegetais e animais dão
origem a solos orgânicos. Produtos de decomposição de rochas geram materiais de diferentes
modelos, a decomposição de rocha vulcânica como o basalto e diábase geram solo escuro e
avermelhado excelente para plantio café, outros solo como “massapés” originado de rochas
calcarias, granito e gnaisse são fundamentais para cultura da cana-de-açúcar.
Tempo de formação: os solos dependem de um tempo de formação muito longo, para
uma estimativa do tempo de formação de um solo é necessário uma pesquisa sobre sua
composição física e mineralógica. Os solos são classificados como jovem (imaturos) quando
apresenta pouca ação intempérie, os solos velhos (maduros) são identificados por apresentar
um tempo maior de ação intempérie (figura 04). O tempo de formação do solo depende do
clima e da resistência da rocha a alterações minerais.
Regiões temperadas solos locais com idade de 10.000 a 15.000 anos. Regiões clima
tropical e subtropical, solos com centenas até 5 milhões de anos. Ex: região central do Brasil
solos ácidos e com baixo teor de nutrientes.
Figura 04 – solo jovem e solo maduro
Fonte:www.vaicomtudo.com/formacao-do-solo-fatores.html
17
2.1.3 – Classificação dos solos
Com o estudo realizado sobre a o material de origem dos solos (rochas) e sua
formação por parte mineral e orgânica. Serão classificados os diferentes tipos de solos.
Os solos são diferenciados sobre seus aspectos físicos, a granulometria, índices físicos
e formato das partículas. São realizadas aproximações nas diferenciações dos solos, pois
raramente são encontrados na natureza um solo de uma composição única e uniforme.
Os solos são classificados conforme sua facilidade de aderência de uma partícula a
outra, conhecido como coesão, portanto os solos podem ser coesos, não coesos, e ou mistos.
Índices físicos: classifica o solo de acordo com suas propriedades físicas, parte solida,
parte gasosa e parte liquida. Realizando um estudo comparativo entre peso e volume de seus
componentes.
Teor de umidade (w): relaciona um percentual entre o peso da água e o peso do solo
através da formula. Para solos argilosos W>40% chegando a W=100%, para os demais solos
esses valores variam entre 10 a 40%.
.100 (%)
Índices de vazios (e): relação entre volume de vazios e o volume de sólidos.
Contendo valores comuns entre 0,4 e 1,0 para areia; 0,3 a 1,5 para argilas; para argilas moles
ou orgânicas valores até >3
Porosidade (n): percentual entre o volume de vazios e o volume total.
Grau de saturação (S): grau percentual entre o volume de água e o volume de vazios.
S=
S=100% solo saturado S<100% solo não saturado
Peso especifico real (s): relação entre o peso e o volume dos sólidos.
s =
[Kn/m³]
É função da composição mineralógica do solo, decresce na presença de matéria
orgânica e aumenta na presença de minerais pesados (oxido de ferro). Ex: quartzo com valor
s=26,5 Kn/m³
18
Densidade das partículas (G):
G=
Peso especifico aparente ( ou nat)
=
[kn/m³]
Valore comuns 16 a 21 Kn/m³, para solos orgânicos moles <15Kn/m³
Esse ensaio pode ser realizado em campo através do método de cilindro cortante
(NBR9813/87) e método do frasco de areia (NBR7185/86). Esse ensaio é realizado retirando
uma amostra do solo com o cilindro cortante, dessa maneira obtemos o volume do solo
retirado. Com um dosador com areia fina e seca preenchemos a cavidade realizada e obtemos
o volume de areia necessário.
Peso especifico aparente seco (d): relação entre o peso de sólido e volume total.
d=
[kn/m³]
O solo deve ser secado sem alteração no volume.
Valores comuns 13 a 19 Kn/m³
Valores de 4 a 5 kn/m³ (argilas orgânicas moles)
Peso especifico saturado (sat) :Relaciona o peso e o volume total na saturação
S=100%, sem alteração do volume.
sat=
p/ S= 100% [kn/m³]
Peso especifico submerso (sub): Quando a camada de solo esta abaixo do nível da
água considera-se o peso especifico submerso para calculo das tensões.
sub= nat - w p/ solos não saturados.
sub= sat - w p/ solos saturados.
Peso especifico da água (w): valor de referencia para os cálculos.
Adotado w=10 Kn/m³ (valor para temperatura ambiente)
19
Relações entre os índices físicos.
Forma das Partículas: a parte solida de um solido é constituída por partículas e
grãos, o arranjo entre as partículas determina alguns índices físicos como pro exemplo a
porosidade, as partículas são classificadas das seguinte maneira.
Esferoidais: possuem dimensões aproximadas em todas as direções e poderão, de
acordo com a intensidade do transporte sofrido, serem angulosas ou esféricas. Ex.: solos
arenosos ou pedregulhos;
Lamelares ou placóides: nos solos de constituição granulométrica mais fina, onde as
partículas apresentam-se com estas formas, há predomínio de duas das dimensões sobre a
terceira;
Fibrosas: ocorrem nos solos de origem orgânica, onde uma das dimensões predomina
sobre as outras duas.
Granulometria: O comportamento dos solos está ligado, entre outras características,
ao tamanho das partículas que os compõem, a granulometria dos solos pode ser classificada
de acordo com o tamanho descrescente das partículas.
Pedregulhos ou cascalho,
Areias (grossas, médias ou finas),
20
Siltes,
Argilas.
Na natureza, os solos considerados puros, contendo na sua totalidade uma única
granulometria, são casos muito raros, portanto o solo apresenta sempre duas ou mais
combinações.
Dessa maneira os solos apresentam as seguintes nomenclaturas, o elemento
predominante é expresso por um substantivo e os demais por adjetivos. Exemplo areia
argilosa, um solo predominantemente arenoso com percentual de areia.
2.2 Modelos de sondagens
2.2.1. Sondagem por poços de inspeção
Sondagem por poço de inspeção em solo consiste em uma escavação vertical de
secção circular ou quadrada, sendo realizada em dimensão mínima de 1,10m, assim
possibilitando a observância de um técnico dentro do poço e a retirada de amostras das
paredes e do fundo, podendo ser essas amostras deformadas ou indeformadas.
Amostras deformadas: extraída de raspagem ou escavação, implicando na destruição
da sua estrutura e na alteração das condições de compacidade.
Amostras indeformadas: retiradas com o mínimo de pertubação, procurando manter
estruturas e condições de umidade e compacidade ou consistências naturais.
As amostras colhidas por esse modelo de sondagem trazem dados como
permeabilidade do material, compactação natural, classificação das camadas do material e
cota do nível da água (N.A.), quando existente.
A escavação do poço somente poderá ser iniciada após a limpeza de uma área mínima
de 4m x 4m e o fechamento da área com uma cerca ou tapume, contendo placas de
advertência afim de evitar o acesso de pessoas não autorizadas ou animais.
Na região próxima a boca do poço deve ser realizada um sulco para drenagem das
águas dentro da região cercada.
21
As ferramentas a serem utilizadas na abertura dos poços são:
• sarilho;
• corda;
• enxadão;
• picareta;
• pá;
• balde;
• escada;
• espátula de aço;
• fio de arame de aço;
• talagarça;
• carrinho de mão;
• trena.
O inicio da escavação do poço é executada fazendo uso de picareta, enxadão e pá até
atingir a cota de profundidade que não possibilite lançar o material escavado para fora do
poço. Para o prosseguimento da escavação deve ser instalado o sarilho montado com corda e
o balde de retirada de material.
Em caso de detectado instabilidade nas paredes do poço durante a escavação o
escoramento deve ser realizado de maneira a garantir a segurança para o prosseguimento do
serviço e ser munido com janelas retangulares vertical para possibilitar a coleta de amostras.
Em poço escavado em terrenos ricos em matéria orgânica, deve ser providenciada
ventilação forçada, de modo a expulsar eventuais emanações de gases tóxicos.
A cota de profundidade do poço é obtida através de medida direta da boca do poço até
a cota escavada. A fim de evitar a retirada de amostras deformadas ao ser atingida uma
profundidade 10 cm acima da cota desejada deve se evitar o pisoteamento da área.
O poço de inspeção é considerado concluído nos seguintes casos:
• quando atingir a profundidade prevista pela programação dos trabalhos;
• quando houver insegurança para a continuidade dos trabalhos;
22
• quando ocorrer infiltração acentuada de água que tome pouco produtiva a escavação;
• quando ocorrer, no fundo do poço, material não escavável por processos naturais.
2.2.2 Sondagem a Trado
A Sondagem a trado é um método de investigação geológico-geotécnica que utiliza
como instrumento o trado; um tipo de amostrador de solo constituído por lâminas cortantes,
que podem ser espiraladas (trado helicoidal ou espiralado) ou convexas (trado concha). Tem
por finalidade a coleta de amostra deformadas, determinação do nível d’água e identificação
dos horizontes do terreno.
Os equipamentos e ferramentas para realização da sondagem são:
• trado concha, com diâmetro mínimo de 63 mm (2 1/2”);
• trado helicoidal, com diâmetro mínimo de 63 mm (2 1/2');
• cruzetas, hastes e luvas de ferro galvanizado (diâmetro mínimo de 25 mm)
ou aço sem costura (diâmetro mínimo de 19 mm);
• ponteira constituída por peça de aço terminada em bisel;
• chaves de grifo;
• metro ou trena;
• recipientes herméticos para amostras tipo copo;
A sondagem deverá ser iniciada após a limpeza de uma área que permita
o desenvolvimento de todas as operações sem obstáculos e abertura de
um sulco ao seu redor para desviar as águas de enxurradas, no caso de chuva.
A sondagem deverá ser iniciada com o trado concha e seu avanço deverá
ser feito até os limites especificados no item. Quando o avanço do trado concha se tornar
difícil deverá ser utilizado o trado helicoidal, em se tratando de solos argilosos. No caso de
camadas de cascalho, deverá ser feita uma tentativa de avanço empregando-se uma ponteira.
A sondagem a trado será dada por terminada nos seguintes casos:
• quando atingir a profundidade especificada na programação dos serviços;
• quando ocorrerem desmoronamentos sucessivos da parede do furo;
• quando o avanço do trado for inferior a 5 cm em 10 minutos de operação contínua de
perfuração.
23
Em terrenos que forem impenetráveis ao trado (ocorrência de cascalho,
matacões ou rocha), havendo interesse de se investigar melhor o local, a
critério da Fiscalização, o furo deverá ser dado como terminado, sendo iniciado
um novo furo deslocado de cerca de 3,0 m, para qualquer direção. Todas
as tentativas deverão constar da apresentação final dos resultados.
Nos intervalos dos turnos de furação e nos períodos de espera para a
medida final do nível d'água, o furo deverá permanecer tamponado e protegido
da entrada de água de chuva.
2.2.3Sondagem SPT (Standard Penetration Test)
A sondagem SPT (Standard Penetration Test), ocupa uma posição privilegiada dentre
os outros modelos de sondagem, por apresentar uma sondagem de custo inferior as demais e
possuir um relatório dos resultados, de fácil interpretação. São apresentados no relatório de
sondagem o tipo de solo encontrado durante a perfuração, através da retirada de amostras
quase indeformadas; a resistência (N) do solo á cravação do amostrador; a determinação da
posição do nível ou dos níveis d´água quando encontrados.
O modelo de sondagem SPT, foi normatizada no final da década de oitenta pela
“International Society for Soil Mechanics and Foundation Engineering”, ISSMFE, em um
documento intitulado “International Reference Test Procedure” Décourt et al (1988).
O mecanismo de funcionamento desse modelo de sondagem tem por principio a
cravação do amostrador no solo através da queda livre de um peso de 65 kg a uma altura de
75 cm, contando o numero de quedas necessárias para cravação de 45 cm do amostrador.
Os procedimentos para inicio de uma sondagem em planta são a determinação do
numero de furos, através de NBR 8036-NB 12. O numero de furos de uma sondagem depende
da área a ser construída .
- 2 (dois) furos para projeção de área construída até
-3 (três) furos para projeção de área construída entre e
-Um furo de sondagem para cada de projeção de área construída, até projeção
de .
24
- Um furo de sondagem adicional para cada de área de projeção para área entre
e .
-Para projeções acima de , o numero de sondagem será fixado para cada caso
em particular.
A distribuição dos furos de sondagem deve ter distância máxima de 25 metros entre
um e outro e estarem localizados quando possível nas extremidades e regiões de maiores
concentração de carga. A tabela (1) seguinte demonstra o numero de furos por de projeção
de construção.
Tabela (1) de numero de furos por .
Area de Projeção de construção Numero mínimo de furos
<200 2
200 a 400 3
400 a 600 3
600 a 800 4
800 a 1000 5
1000 a 1200 6
1200 a 1600 7
1600 a 2000 8
2000 a 2400 9
>2400 A cada caso
Fonte: Estruturas de fundações, Marcelo da cunha Moraes, Ed. Santuario
Obtidos os números de furos necessários e determinados em planta o próximo passo é
a locação dos pontos in loco, os pontos demarcados devem ser nivelados de acordo com um
RN (Nível de Referência), adotado in loco, único para todos os furos e fixo (exemplos: guia
de passeio, tampa de um poço de visita). Isso permitira a realização de terraplenagem sobre o
terreno sem perda dos dados da sondagem.
Para a execução da sondagem é necessário a montagem de um cavalete de quatro
pernas, erroneamente chamado de tripé. Ao topo do tripé é montado um conjunto de
25
engrenagens por onde é passada uma corda de cisal e presa em uma extremidade é fixada ao
um peso (martelo) de 65 kg (quilos) e na outra extremidade trabalhará o operador. O primeiro
metro de perfuração ocorre com o auxilio de um trado cavadeira abrindo um furo de 2,5” e
recolhe-se as amostras escavadas para analise laboratorial. Em seguida é introduzido no furo o
amostrador padrão (1’’ e 2’’, diâmetros internos e externos respectivamente), rosqueado a
uma haste de 1’’, onde é instalada um batente para o martelo. Entre o martelo e a haste existe
um guia para evitar divergências entre um golpe e outro. O inicio da sondagem se da com o
levantamento do martelo a uma altura de 75 cm e solto em queda livre sobre a haste do
amostrador.
O numero de golpes são contados separadamente para a cravação de cada 15 cm do
amostrador, sendo que são consideradas para a determinação do numero N de golpes para
cravação do amostrador apenas a somatória do numero de golpes para os últimos 30 cm.
Prossegue-se a abertura de mais um metro até alcançar-se a cota seguinte. Utilizando-
se um “trado Helicoidal” que remove o material de possível escavação e quando não esta
abaixo do nível do lençol freático. A escavação a trado é interrompida quando se atinge o
nível do lençol freático ou material de difícil escavação. Para esse caso a escavação prossegue
com auxilio de circulação de água, essa técnica é empregada com auxilio motobomba, caixa
de água e trepano. O trépano vai sendo cravado no fundo do furo por repetidas quedas da
coluna de perfuração (trépano e hastes). O martelo cai de uma altura de 30 cm, e a queda é
seguida por um pequeno movimento de rotação, acionado manualmente da superfície, com
uma cruzeta acoplada ao topo da coluna de perfuração. Injeta-se água sob pressão pelos canais
existentes nas hastes, esta água circula (retorna) pelo furo arrastando os detritos de perfuração
até a superfície. Para evitar o desmoronamento das paredes nas zonas em que o solo
apresenta-se pouco coeso é instalado um revestimento metálico de proteção (tubos de
revestimento) como demonstra a figura 5
26
Figura 5: imagem equipamento SPT com trépano
Fonte:(apostila Eng. Rafael C. Di Bello)
A sondagem prossegue assim até a profundidade especificada pelo projetista
baseando-se na NBR 6484, ou então até que a percussão atinja material duro como, por
exemplo, rocha, matacões, seixos ou cascalhos de diâmetro grande.
Durante a perfuração, a cada metro de avanço é feito um ensaio de cravação do
amostrador no fundo do furo, para medir a resistência do solo e coletar amostras.
Quando atingido um ponto onde se nota a presença de um bolsão de armazenamento
de água da chuva ou até mesmo um lençol freático, o trabalho deve ser interrompido até a
estabilização da cota do nível da água, se possível a observância da origem da infiltração da
água se do fundo ou das paredes do furo. Após a estabilização a cota deve se anotada e o furo
esvaziado com auxilio de moto-bomba para prosseguir a perfuração. Ao termino da
perfuração o furo deve ser novamente esvaziado e o furo tampado para impedir a entrada de
água da chuva. O furo deve ser novamente aberto no próximo dia e anotado o nível da lamina
da água.
27
2.2.3.1 Sondagem SPT-T com torque de tração
A medida do torque é efetuada ao término de cada ensaio de penetração (SPT).
Cravado o amostrador padrão conforme NBR 6484, verifica-se a medida de torque máximo e
torque residual, através de um torquímetro, medidos em Kgf.m.
O estabelecimento de correlações estatísticas entre os valores de SPT e Torque,
permite enquadrar os solos em um novo tipo de classificação, onde sua estrutura desempenha
papel fundamental.
Apresentação dos resultados
Os dados obtidos quando do reconhecimento do subsolo são apresentados em
relatórios próprios, constando.
Data do inicio e termino do furo de sondagem.
Características do amostrador indicando seus diâmetros externos e internos.
Diâmetro do tubo de revestimento.
Cota da borda do furo de sondagem em relação a um R.N. previamente
escolhido.
Profundidade do lençol de água, quando da ocorrência.
Avanço do furo de revestimento, caracterizando o processo de perfuração, se
trata de trado ou lavagem.
Posição das amostras numeradas
Indicação do numero de golpes para penetração do amostrador nos três trechos
de 15 cm se for possível.
Classificação do material escolhido através do amostrador padrão, usando a
treminologia de rochas e solos.
Localização da obra e descrição dos serviços executados
Nome da firma executora da sondagem e do interessado ou cliente
Adotar para as folhas dos relatórios, o formato de A4 da ABNT e escala 1:100
28
2.2.4 Sondagem Rotativa
A sondagem rotativa utiliza-se de um motor “elétrico ou a combustão” gerando força
motriz capaz de rotacionar o redutor, que transfere sua energia para as hastes de aço que estão
ligadas diretamente ao barrilhete e a broca.
As hastes são conectadas a broca e uma haste a outra através de roscas, durante a
perfuração costuma- se introduzir um tubo de revestimento junto à broca evitando desgaste
excessivo nas hastes.
As amostras (testemunhos) são retiradas no barrilhete amostrador a cada metro de furo
e armazenado em caixas de madeiras com cavidades arredondadas para encaixar os
testemunhos. Ao serem armazenados os testemunhos devem manter a mesma forma original
de quando foram retiradas do barrilhete e anotadas as profundidades.
As brocas a serem utilizadas devem ser compatíveis com o material a ser perfurado,
devido a diversidade de dureza dos materiais. Durante a perfuração é introduzido água pelo
centro da haste com auxilio de uma bomba, o que serve para resfriar e lubrificar a broca, a
água evacua pela extremidade superior do furo realizando a limpeza do mesmo.
Esse modelo de sondagem é muito utilizado no mercado mineralógico, consiste em um
processo de sondagem lento de aprox. 5 m/dia de furo, pode atingir até grandes profundidades
e seu equipamento é de porte pequeno conforme verificamos na figura 6.
Figura 6: Imagem equipamento de sondagem rotativa.
Fonte:www.wgfgeo.com.br/sondagem.htm
29
2.2.5 Sondagem mista
Utilizada em investigações onde se atinge um obstáculo impenetrável como rochas ou
solos alterados, sendo que os outros modelos de sondagem não oferecem recursos à
penetração desses materiais.
Geralmente utilizada em conjunto a sondagem de percussão SPT, onde o material
torna-se impenetrável através da percussão ou lavagem com o próprio trépano, utiliza-se a
sondagem rotativa pra retirada de amostras do material.
2.2.6 Sondagem de cone (CPT) sondagem de Piezocone (CPTU)
2.2.6.1 Sondagem CPT
De origem holandesa a sondagem de cone (CPT), teve seus primórdios de
desenvolvimento na década de 30, no laboratório de Mecânica de Solos de Delft. Foram
desenvolvidos dois equipamentos: o primeiro de (Barentsen, 1936), este primeiro com
objetivo de investigação de depósitos aluviais existentes no oeste da Holanda para
implantação de estradas; O segundo (Laboratory of Soil Mechanics Delft, 1936) tinha
finalidade de obter informações para projeto de fundação de estacas, especificamente sobre
camadas arenosas.
Diferenciando-se apenas no dispositivo de cravação, os projetos sobre o cone de
penetração são similares, sendo constituído por um cone com ângulo de 60º e uma base de
10cm², fixada a outra extremidade em uma seqüência de hastes rosqueadas uma a outra. O
conjunto de hastes atua internamente a tubos de revestimentos.
O cone é penetrado ao solo com o equipamento de penetração a uma velocidade de
1cm/s sendo registradas as cargas necessárias a essa cravação; no primeiro equipamento são
registradas somente a resistência de ponta e no segundo também a resistência total (ponta
somada ao atrito lateral).
Aprimoramentos em relação ao equipamento original foram realizadas em fins da
década de 40. Plantema (1948) e Vermeiden (1948) detalham as mesmas falhas no
equipamento sobre a apresentação dos dados que surgiam da entrada de grãos de areia entre a
30
haste e o tubo de revestimento. Propõem-se um manto em forma de tronco de cone que é
constituído atrás da base do cone.
Begemann (1963) realiza a ultima modificação qualitativa do cone mecânico, com a
introdução da luva de atrito lateral, obtendo resultados mais confiáveis ao longo da cravação.
Seu aprimoramento consiste na criação de uma luva de atrito posterior ao cone propriamente
dito, a luva possui área lateral de 150m² e auxilia na obtenção dos dados para atrito lateral do
solo.
O procedimento para o ensaio de Bergemann consiste em cravar inicialmente apenas
o cone ao longo de 4cm, registrando-se naturalmente apenas a resistência de ponta. Em
seguida as hastes internas são avançadas mais 4cm, fazendo com que seja cravado o conjunto
cone e luva de atrito. Neste caso é medida a resistência de ponta acrescida da resistência de
atrito lateral, sendo esta ultima obtida por diferença. Procede-se então a descida das hastes
externas ao longo de 20cm, as quais trazem consigo luva de atrito por 16cm e o cone por
12cm. A partir daí o procedimento é repetido.
2.2.6.2 Cone Elétrico
O cone elétrico teve surgimento no inicio da década de 70, derivando do cone
mecânico, possui suas dimensões básicas idênticas a do mesmo, verificar figura 07, tendo seu
interior modificado com o acréscimo de célula de carga de ponta trabalhando a compressão e
a célula de carga de atrito á tração.
Podem ocorrer na realização do ensaio de cone alguns fatores intervenientes como:
-Desvio Vertical, quando da cravação do cone o mesmo esbarra em algum matacão de
rocha interferindo na verticalidade da sondagem. Outro fator agravante são hastes não
alinhadas perfeitamente, ou seja, com algum grau de inclinação influenciando também na
cravação do cone. Essa anomalia pode ser evitada quando o cone é equipado com
inclinômetro.
- Variação de temperatura, o efeito da temperatura é mais significativo no caso de
perfis em que haja ao longo da profundidade, solos congelados e não congelado, onde pode
31
haver maiores gradientes de temperatura. Efeito que pode ser resolvido com o emprego de
termopares no interior do cone.
- Faixa de trabalho das células de carga, ocorre devido a algumas células registrarem
cargas muito altas como, por exemplo, de 50kn a 80kn e estiver atravessando região de argila
mole o que representara um gráfico com tracejado zero.
Figura 7: Imagem do equipamento de sondagem CPT
Fonte: www.maquesonda.com.br
2.2.6.3 Piezocone
O Piezocone (CPTU) deriva da incorporação do cone elétrico de sondagem a sonda
Piezométrica, que são constituídas de uma ponta cônica tendo em sua extremidade um
elemento poroso cilíndrico conectado a um transdutor elétrico de pressão conforme figura 8,
onde se tornou capaz medir a poro-pressão do solo. Torstensson (1975) verificou que valores
elevados de poro-pressão se dão pela cravação da sonda em argilas normalmente adensadas,
assim, valores baixos se dão em camadas mais permeáveis.
32
Figura 8: Imagem do cone Piezocone
Fonte: www.conepenetration.com/
2.2.6.4 Apresentação dos dados coletados
As grandezas medidas no ensaio CPT são, resistência de ponta (Qc), atrito lateral
(Fs), e no caso do piezocone, a poro-pressão (u1 e u2), alem das anteriores. Porem os
resultados obtidos diretamente necessitam de correção através de parâmetros geotécnicos afim
de melhorar a classificação estratificada do solo.
2.2.6.4.1 Parâmetros Geotécnicos
Parâmetros Geotécnicos é um recurso utilizado com a finalidade de obter um
aperfeiçoamento dos dados obtidos durante a sondagem, assim, melhorando a capacidade de
classificação dos solos. A maioria das propostas literárias encontradas relata sobre a obtenção
dos parâmetros geotécnicos relativos ao ensaio de piezocone, pela sua vantagem de medida da
poro-pressão que adicionou mais uma nova dimensão a potencialidade do ensaio de cone.
Em sondagem sobre solo arenoso, pode se obter os seguintes parâmetros através do
ensaio de piezocone.
Densidade relativa, Dr
Parâmetros de estado,
Tensão horizontal in situ
Ângulo de atrito efeito
Modulo de Yong, E
33
Módulo edométrico, Ead
Módulo cisalhante máximo, Gmáx
As em solos argilosos, os parâmetros que podem ser estimados através do ensaio de
piezocone são:
Resistência não drenada, Su
Relação de pré-adensamento, OCR
Sensibilidade, St
Coeficiente de empuxo no repouso, Ko
Parâmetros Efetivos, c’ e ’
Módulo de young, Eu
Módulo edométrico, Ead
Módulo cisalhante máximo, Gmáx
Coeficiente de adensamento, Ch (e Cv)
Permeabilidade, Kh (e Kv)
Os parâmetros relacionados acima são em sua maioria obtidos através de correlações
entre resultados de ensaios de laboratório e outros ensaios de campo. Como diferentes ensaios
de laboratórios (executados em amostras com diferentes graus de amolgamento) e de campo
são utilizados como referencia, ocorre uma significativa dispersão dos resultados provenientes
dessas diferenças.
A tabela 02 seguinte é referente aos parâmetros de areia e argila, estimados com
diferentes graus de acurácia. Lunne et alli (1989) avaliou qualitativamente, o grau de acurácia.
34
Tabela 02 – Acurácia de parâmetros geotécnicos estimados através do ensaio de
piezocone.
Tipo
de
solo
Parâmetros Geotécnicos
Dr Ko OCR St Su E Ead Gmax K Cv
Areia 2-3 2 4-5 2 2-4 2-4 2-3
Argila 4-5 3 2-3 2-3 3-4 5 5 5 2-4 2-3
1- Alta confiabilidade 4- Baixa a moderada confiabilidade
2- Moderada a alta confiabilidade 5- Baixa confiabilidade
3- Moderada confiabilidade Obs. A indicação da faixa (ex. 2-4) significa que a
confiabilidade varia com o tipo de solo.
Fonte: Fundações: Teoria e Prática, editora pini, 1996
2.2.7 Sondagem cone sísmico (SCPT/SCPTU)
Com o avanço da tecnologia foi possível modernizar ainda mais os cones de
sondagem, e assim criou-se o cone sísmico, com a introdução de dois geofones sendo
posicionado um próximo ao cone e o próximo eqüidistante um metro acima. A fonte geradora
da onda cisalhante é composta por uma base de aço munida de dois martelos que permitem a
realização de um golpe direto e de um golpe inverso. A profundidade do ensaio é controlada
pelo comprimento das hastes cravadas até o instante do ensaio.
O martelo utilizado para a geração da onda cisalhante é posicionado abaixo de um dos
cilindros hidráulicos do sistema de patolamento do equipamento. Este procedimento permite
uma excelente aderência entre a placa e o solo. Adicionalmente, a placa possui barras que
aumentam a rugosidade da base, facilitando a transferência da onda cisalhante para o solo. O
sistema assim montado permite a execução de ensaios em profundidades de até 30 m.
Esse equipamento tornou-se capaz de interpretar ondas de impacto que se propagam
no solo geradas por uma viga apoiada em contato solo que é interpretada pelo osciloscópio
que relata a medida do tempo de chegada das ondas S, determina da velocidade da onda S
(Vs) para cada profundidade de ensaio e cálculo do módulo de cisalhamento máximo (Go)
para cada uma dessas profundidades como pode ser observado na figura 09.
35
Figura 9: Imagem do equipamento sondagem SCPTU
Fonte: www.ecdambiental.blogspot.com
2.3 FUNDAÇÃO
Toda a sustentação de uma construção ocorre através da sua fundação, assim
suportando todo o carregamento das lajes, alvenarias, vigas e pilares. Portanto é fundamental
que se conheça em que tipo de solo irá se apoiar nossa edificação, para evitarmos problemas
futuros de difícil solução e custo elevado.
A sondagem é o procedimento padrão que antecede a fundação, portanto deve ser
executada por empresas de fundações legalmente habilitada, com registro no CREA, dessa
maneira com capacidade de analisar as propriedades do solo, que ao contrário do que muitos
pensam, variam de cidade para cidade, bairro para bairro e muitas vezes de quadra para
quadra. O solo não é um composto homogêneo, daí as grandes diferenças de comportamento e
resistência.
Através da fundação as cargas das lajes, alvenarias, vigas e pilares são transmitidas ao
solo por atrito lateral e apoio da fundação, podendo ser apoio com carga concentrada como
estacas ou por apoio com cargas distribuídas como sapatas.
36
As fundações se dividem em dois grupos, fundações diretas e fundações indiretas. As
fundações diretas são subdivididas em rasas e profundas, já as fundações indiretas são todas
profundas com uma pequena exceção nas brocas manuais que atingem profundides máximas
em torno de 4 metros. Determinando- se corretamente a fundação que se adapta as condições
do terreno, gera-se economia na obra, solidez, agilidade no cronograma e segurança para a
construção.
A escolha da fundação mais apropriada para uma determinada construção deve ser feita
após constatar-se que a mesma satisfaz ás condições técnicas e econômicas da obra em
questão. Para tanto devem ser conhecidos os seguintes elementos.
- Proximidade dos edifícios limítrofes bem como seu tipo de fundação e estado da
mesma;
- Natureza e características do subsolo no local da obra através de sondagem;
- Grandeza das cargas a serem transmitidas á fundação;
- Limitação dos tipos de fundações existentes no mercado;
O problema é resolvido por eliminação, escolhendo-se entre os tipos de fundação
existentes aqueles que satisfação tecnicamente o projeto de fundação em questão.
2.3.1 FUNDAÇÕES DIRETAS RASAS
É o primeiro tipo de fundação a ser pesquisada. A ordem de grandeza da taxa
admissível para s se dá por:
s = Pa ( Pressão de Pré-adensamento de solos predominantemente argilosos)
s =
p/ solos com SPT 20 (MPa)
Em principio este tipo de fundação só é vantajoso quando a área ocupada pela
fundação abranger, no máximo, de 50% a 70% da área disponível.
De maneira geral, esse tipo de fundação não deve ser usado nos seguintes casos:
- Aterro não compactado.
37
- Argila mole.
- Areia fofa a muito fofa.
- Existência de água onde o rebaixamento do lençol freático não se justifica
economicamente.
- Solo com características colapsíveis e expansivos.
2.3.1.1 Atuação do bloco/ sapata sobre o solo
A carga exercida pelo pilar sobre o bloco/ sapata será distribuída ao solo de maneira
que o mesmo suporte sem a ocorrência de recalques ou ruptura do solo. Solos colapsíveis ou
expansivos devem ser previstos anteriormente.
A carga (N) do pilar atuante quando dividida pela área (A) da face inferior do bloco/
sapata resulta na tensão (c) de carga sobre o solo que deve ser inferior a tensão (a)
admissível do solo, dessa maneira obtemos.
c =
considerando, c = a ⇒ A =
A determinação da tensão de ruptura pode ser obtida com base na norma NBR 6122
com os métodos teóricos (critério de terzaghi), ou através do método empírico (pratico) ou
também através da tabela da norma. Com a determinação da tensão de ruptura (r)
conseqüentemente obtém a capacidade de carga do solo.
a =
Terzaghi admitiu dois modelos de rupturas sendo eles ruptura geral de incidência em
solo de alta resistência e ruptura local de ocorrência em solos de baixa resistência, sendo as
duas rupturas baseadas na força de atrito entre as moléculas do solo, conforme figura abaixo:
38
Atrito
h . gama
Solo
rompendo
para
lateral
Ruptura geral
(Argilas rijas á
duras
Areia
compactas)
Ruptura local
(Areia fofas med/te
comp.argilas moles e
medias)
Critério de
Terzaghi
Grafico de
ruptura
2.3.1.1.1 Critério de Terzaghi para obtenção da tensão de ruptura.
Terzaghi, em 1943, propôs três fórmulas para a estimativa da capacidade de carga de
um solo, abordando os casos de sapatas corridas, quadradas e circulares, apoiadas à pequena
abaixo da superfície do terreno (H < B).
A ruptura lateral do solo pode ocorrer de qualquer um dos lados ou até mesmo para os
dois lados. O que evita o escorregamento do solo é a química que existe entre as moléculas
que forma o atrito e o peso do solo h . gama().
Sendo determinado a tensão de ruptura pela equação:
r = c . . q
Onde, c = coesão do solo
=atrito do solo
q = sobrecarga do solo
A ruptura geral ocorre em fundações sobre solos pouco compressíveis de resistência
finita (solos de argilas rijas á duras e areia compacta e para certas dimensões de sapatas),
sendo expressa pela formula.
39
r = c . Nc . Sc +
. . B . Ny .Sy + q . Nq . Sq
Sendo, c ⇒ coesão do solo
Nc, Ny , Nq ⇒ Parâmetros que dependem do atrito
Sc, Sy, Sq ⇒ Parâmetros que dependem da forma da sapata
⇒ Peso específico do solo
B ⇒ Menor dimensão da sapata
q ⇒ sobrecarga do solo (q = . h)
A ruptura local, se da somente em fundações sobre solo poucos compressíveis, como
podemos observar no caso de areias fofas, a ruptura local é expressa pela formula:
r =
c . N’c . Sc +
. . B . N’y .Sy + q . N’q . Sq
sendo, N’c, N’y , N’q ⇒ Parâmetros que dependem do atrito
Tabela 3) Fatores de capacidade de carga (Terzaghi)
Ruptura Geral Ruptura Local
φ(o)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
N c
5,70
7,34
9,60
12,86
17,69
25,13
37,16
57,75
95,66
N q
1,00
1,64
2,69
4,45
7,44
12,72
22,46
41,44
81,27
N γ
0,00
0,49
1,25
2,54
4,97
9,70
19,73
42,43
100,39
N’c
5,70
6,74
8,02
9,67
11,85
14,81
18,99
25,18
34,87
N’q
1,00
1,39
1,94
2,73
3,88
5,60
8,31
12,75
20,50
N’γ
0,00
0,18
0,47
0,92
1,74
3,17
5,66
10,14
18,82
Fonte: www.fag.edu.br
40
Tabela 4) Fatores de Forma
Fonte: www.fag.edu.br
Definição de coesão e ângulo de atrito (Mohr e Coulomb)
O gráfico mostra os círculos de Mohr correspondente a ruptura ativa e passiva.
r3(N)r3 (M) r1(N r1(M)
r3 r3
r1
r1
c
Rupturaativa
Rupturapassiva
Figura 10 : Estados de ruptura
onde podemos obter a seguinte equação: = c + r . tg
Salvo exceções como areia pura onde o índice de coesão (c = 0) e argila pura onde o angula
de atrito
A NBR 6122 artigo 7.2.2.1 salienta para a avaliação da carga admissível, o fator de
segurança contra a ruptura deve ser igual a 2, adotando o menor valor dos três, para casos
onde parecer os ensaios específicos admitir tensão admissível de s,Max = 4 kg/cm².
Fatores de Forma
FORMA DA SAPATA Sc Sq Sγ
Corrida 1,0 1,0 1,0
Quadrada 1,3 1,0 0,8
Circular 1,3 1,0 0,6
Retangular
1,1 1,0 0,9
41
s
É importante relatar que existem estudos mais precisos sobre na escolha do fator de
segurança FS, é necessário levar em consideração o nível de conhecimento do terreno e as
características da estrutura. Na Tabela 5 tem-se uma sugestão para a escolha dos fatores de
segurança (VESIC, 1975).
Tabela 5) Fatores de segunça
TIPO DE
ESTRUTURA
CARACTERÍSTICAS
INVESTIGAÇÃO DO
SUBSOLO
AMPLA LIMITADA
Pontes ferroviárias
Depósitos, silos
Obras hidráulicas
Muros de arrimo
Chaminés
A carga máxima pode
ocorrer com freqüência.
Ruptura com conseqüências
desastrosas.
3,0 4,0
Pontes rodoviárias
Prédios industriais
ou públicos de
pequeno porte
A carga máxima ocorre
ocasionalmente.
Ruptura com conseqüências
sérias.
2,5 3,5
Edifícios de
Apartamentos
ou escritórios
A carga máxima tem pouca
probabilidade de ocorrer.
2,0 3,0
Fonte: www.fag.edu.br
2.3.1.1.2 Método empírico (prático) para obtenção da tensão de ruptura
O método empírico para obtenção da tensão de ruptura do solo fornece valores não tão
precisos quanto ao método de Terzaghi, porém essa imprecisão dos dados se da a favor da
segurança.
42
Esse método se resume em calcular numero médio de SPT que se encontram na região
dos bulbos de tensão ( as tensões exercidas pela fundação no solo são transmitidas através de
bulbos de tensão), tendo o resultado final divido por 5.
SPT
N
B
Bulbo
de
tensões
B
A
Fundação
em
planta
Figura 11: Determinação deN
Fonte: Apostila fundações
O primeiro passo é determinarN, a profundidade que o bulbo atinge nas duas direções
sapata, para isso calcularemos primeiramenteN1 = 2 . A N2 = 3 . A, adotando o maior
valor deN. Com o valor de SPT da cota de apoio da fundação e a profundidade máxima do
bulbo calcula-se o numero médio de SPT (MSPT).
Esse método é valido para 4 NSPT 20 , obtido o valor de NSPT calcula-se a
tensão do solo s =
.
2.3.1.1.3 Calculo do recalques em fundações rasas
Ainda que existam dificuldade e imprecisões, a estimativa dos recalques de uma
fundação é um fator de grande importância na orientação do engenheiro, para solução de
problemas de fundação. A seguir serão abordados procedimentos para estimativa de recalques
elásticos de uma fundação, assim como de recalques devidos ao adensamento dos solos.
43
Segundo Bjerrum (1963) os considerados em estruturas de concreto armado
convencional estão demonstradas a seguir:
2.3.1.1.3.1 Recalques por adensamento- solo argiloso
Os recalques devidos às deformações de solos coesivos saturados, são estimados a
partir da teoria do adensamento. A teoria do adensamento prevê uma diminuição no índice de
vazios, devido a um acréscimo de pressão Δσ. Partindo-se da curva e x log σ, obtida do ensaio
de adensamento numa amostra indeformada do solo, chega-se à expressão para o cálculo dos
recalques.
B) Teoria do adensamento
Δh=
. Cc . H . log
Δ
Sendo,
eo = índice de vazios inicial Cc = índice de compressão H = espessura da camada de argila vo= pressão inicial na camada
Δ = pressão Aplicada
No cálculo dos recalques por adensamento, muitas vezes é importante conhecer a
evolução destes recalques com o tempo. Os recalques e os tempos em que eles ocorrem estão
relacionados através das expressões seguintes:
Δh – recalque total
St = Ut x Δh e Ut = f (t)
T =
. t
onde:
Δh = recalque total (m)
St = recalque que ocorre no tempo t (m)
U = porcentagem de adensamento verificada
Ut = porcentagem de adensamento verificada no tempo t.
T = fator tempo, calculado como indicado a seguir
44
Hd = altura drenante da camada argilosa (m)
Cv = coeficiente de adensamento, obtido no ensaio de adensamento (cm2/s). t = tempo de
ocorrência dos recalques (s)
Podendo ser compreendida como:
U= f(T)
B) Recalque elástico
Os recalques elásticos ou imediatos são devidos a deformações elásticas do solo de
apoio de uma fundação, e ocorrem logo após a aplicação das cargas. É de se notar que a
velocidade de evolução das deformações é um fator muito importante para as estruturas,
sendo que as deformações que se processam mais rapidamente são as mais críticas. Portanto,
daí, o particular interesse no estudo dos recalques elásticos, preponderantes nos solos
arenosos ou nos solos não saturados. Os recalques elásticos podem ser estimados a partir da
seguinte expressão, fundamentada na teoria da elasticidade.
Si = . B
Iw
Si = recalque elástico
σ = tensão aplicada pela fundação
B = menor dimensão da sapata
μ = coeficiente de Poisson
ES = módulo de elasticidade do solo
Iw = fator de influência, dependente da forma e dimensões da sapata.
A seguir, são apresentados alguns valores típicos de μ e ES para vários tipos de solos, e de Iw
para várias formas de sapatas, e para os recalques do canto e centro das mesmas.
Tabela 6) – Fator de influência (Iw)
FORMA DA SAPATA
FLEXÍVEL
RÍGIDA
0,88
CIRCULAR
CENTRO CANTO MÉDIO
1,00 0,64 0,85
QUADRADA 1,12 0,56 0,95 0,82
45
RETANGULAR
L/B 1,5 1,36 0,68 1,20 1,06
2,0 1,54 0,77 1,31 1,20
5,0 2,10 1,05 1,83 1,70
10 2,52 1,26 2,25 2,10
100 3,38 1,69 2,96 3,40
Fonte: www.usp.br/fau/cursos/graduacao
Tabela 7)– Valores de coeficiente de Poisson do solo (μ).
Tipo de Solo Coeficiente de Poisson(μ)
ARGILA
Saturada Não saturada Arenosa
0,4 a 0,5 0,1 a 0,3 0,2 a 0,3
SILTE 0,3 a 0,35
AREIA
Compacta 0,2 a 0,4
‘ Grossa (e =0,4 a 0,7) , 0,15
Fina (e =0,4 a 0,7) 0,25
ROCHA Depende do tipo 0,1 a 0,4
Fonte: www.usp.br/fau/cursos/graduacao
Tabela 8) – Módulo de elasticidade do solo (ES)
Tipo de Solo ES (kPa)
ARGILA Muito mole 300 a 3000
Mole 2000 a 4000
Média 4000 a 9000
Dura 7000 a 18000
Arenosa 30000 a 42000
AREIA
Siltosa 7000 a 20000
Fofa 10000 a 25000
Compacta ( pedregulho + areia )
50000 a 85000
Compacta 98000 a 200000
Fonte: www.usp.br/fau/cursos/graduacao
2.3.2 BLOCOS E ALICERCES
Blocos e alicerces são componentes estruturais que podem trabalhar apenas a
compressão, dispensando a utilização de armaduras, chamados de blocos de concreto simples,
em obras de pequeno porte com finalidade de transmitir cargas de pilares ao solo. Pode
46
ocorrer também a utilização de blocos em ligações de fundações profundas como estacas ao
pilar. Os alicerces são conhecidos blocos corridos e tem função de suportar paredes.
2.3.3 SAPATAS
Um dos mais usuais estilos de fundação aplicada em obras de pequeno porte são as
sapatas, devido as suas facilidades de construção e suas utilizações como, por exemplo, em
receber carga de conjunto de pilares, pilares isolados entre outras aplicações.
As sapatas são estruturas de concreto com altura menor que as dos blocos e resistem
principalmente a flexão. Destinadas a absorver toda a carga da estrutura e distribuir ao solo, as
sapatas podem assumir varias formas em planta, sendo as mais usuais sapata quadrada (B=L),
suportando cargas de apenas um pilar, sapatas retangulares e corridas (BL), suportando
cargas de muros ou paredes, adotamos para calculo sapatas retangulares aquelas que obedecem
a relação L 5B.
Podem ocorrer também casos de sapatas associadas, com função de suportar cargas de
dois a cinco pilares geralmente, em casos de proximidade de pilares, pode ocorrer casos de
sapatas associadas por meio de viga alavanca, empregadas geralmente em pilares de divisa, e
sapatas corridas com a definição de suportar vários pilares.
a) Classificação das sapatas quanto sua rigidez.
As sapatas podem ser classificadas como rígidas ou flexíveis, segundo a NBR 6118-
2003, item 22.4.1, uma sapata pode ser considerada rígida quando:
h
sendo, h= altura da sapata
a= Dimensão da sapata em um direção
ap= Dimensão do pilar na mesma direção
Caso esta condição não seja atendida a sapata será flexível:
47
ho
h
ap
a
Figura 12: Imagem da sapata
Fonte: Caderno estruturas de concreto 3
Nas sapatas flexíveis. Haverá o problema da punção, pois a sapata rígida fica
inteiramente dentro do cone hipotético de punção.
26º a 30º
ruptura
material
Punção em placa:
Superficie
ruptura
Sapata rigida:
Superficie
punção
Sapata Flexivel:
Figura 13: Imagem do cone hipotético de punção
Fonte:Caderno estruturas de concreto 3
48
O ângulo o comanda basicamente a definição da rigidez da sapata e também esta
ligado ao grau de compacidade do concreto a ser usado.
As linhas tracejadas ( superfície de punção) n determinam a superfície teórica de
ruptura. Para facilitar a concretagem é conveniente que o ângulo de inclinação da sapata esteja
em torno de 30º(ângulo de talude natural do concreto).
b) Sapatas isoladas rígidas submetidas as cargas axiais
A sapata causa tensões no solo, o qual aplica uma força de reação
sobre a sapata, em uma distribuição que depende do tipo de solo (argiloso, ou arenoso). A
NBR 6118 indica que no caso das sapatas rígidas, vale a hipótese de distribuição plana de
tensões no solo.
Solo Argiloso Solo Arenoso
Admite-se
Tensão
Uniformemente
distribuida
Figura 14: Imagem distribuição tensão solo
Fonte: Caderno estruturas de concreto 3
Assim, o dimensionamento de uma sapata consiste em:
Definir suas dimensões em planta
Determinar sua altura sapata
Analisar as tensões de cisalhamento
Fazer o dimensionamento á flexão e a determinação da armadura
49
2.3.3.1. Definição das dimensões em planta da sapata.
Considerando um pilar retangular (dimensões b x l) que transmite uma carga vertical P
a fundação. A área “A” da sapata será P/ , majorada de um coeficiente que leve em conta o
peso próprio da sapata. Este coeficiente deve ser 1,05 no caso de sapatas flexíveis ou 1,10 se a
sapata for rígida. Então no caso de sapatas rígidas, por exemplo, temos;
A =
, onde é calculado através de s =
. ( ver item 2.3.1.1.2)
Observações:
1ª) Se o pilar for quadrado, logicamente será um caso particular do que foi tratado. Teremos,
simplesmente, uma sapata quadrada com dimensões B = L =
2ª) As dimensões B e L da sapata deverão ser consideradas como múltiplas de 5 cm para
facilitar na execução.
3ª) Deve-se respeitar uma dimensão mínima; geralmente da ordem de 0,60 m em obras de
pequeno porte e de 0,80 a 1,00 m em obras de grande porte ( edifícios).
4ª) Muitos profissionais não levam em consideração o peso próprio no cálculo da área da
sapata, alegando que isto está incluído dentro das imprecisões da estimativa do valor de ()
resistência a tensão do solo. Entretanto, a NB-51/1978 prescreve a inclusão do peso próprio
dos elementos estruturais de fundação.
5ª) No caso de fundações adjacentes apoiadas em cotas diferentes, s NB-51/1978 variantes
que dependerão do solo, proximidades e entre outros fatores que serão discutidos a seguir.
6ª) Em alguns casos, é interessante uniformizar os recalques dimensionando-se as sapatas com
tensões diferentes.
As dimensões B e L ( conforme figura 23) da sapata devem ser escolhidas de modo a resultar
em um dimensionamento econômico.
50
l
b x
x
B
L
B x L = A
B - L = b - l
B = b + 2x
L = l + 2x
B - L = ( b + 2x) - ( l + 2x)
Figura 15: Desenho em planta da sapata
Fonte: Caderno de fundações
Caso fundações adjacentes apoiadas em cotas diferentes:
H
D
Z
A
B
Figura 16: Sapatas com cotas diferentes
Fonte: Caderno de fundações
= 30º p/ rochas
= 45º p/ solos resistentes
= 60º p/ demais tipos de solo.
51
Formula p/ determinar distância D: tg =
Para a execução de sapatas em cotas diferentes deve-se primeiro executar a sapata B e
depois a sapata A, sempre fazer a rampa “z” de forma a não retirar solo desnecessário para
que isso ajude a estabilidade da sapata A.
2.3.3.2 Pilares próximos ( Sapatas Associadas)
Quando a proximidade de pilares adjacentes inviabiliza a adoção de sapatas isoladas,
devido a superposição das áreas da sapata, deve-se projetar uma única sapata, chamada de
sapata associadas, sendo necessário a introdução de uma viga central de interligação dos
pilares ( viga de rigidez) para que a sapata trabalhe com tensão constante. È necessário que a
o centro de carga coincida com o centro de gravidade da sapata.
Yg =
. d sendo,
Yg= centro de carga que deve coincidir com centro de gravidade
P1= carga no primeiro pilar
P2= carga no segundo pilar
d= distância entre o centro de gravidade dos pilares P1 e P2
Dessa maneira a distância Yg estará compreendida entre o CG (centro de gravidade)
da sapata e o CG do pilar, a distância Yg’, determinara a distância do CG do segundo pilar até
o CG do bloco, e será obtida subtraindo-se o valor da distância entre o CG dos dois pilares e o
Yd. Dessa maneira a sapata em planta pode ser deslocada até o ponto de incidência entre o
CG do bloco e o CG de carga. Na escolha das dimensões B e L da sapata é difícil a fixação
de um critério econômico, porém deve-se adotar os mesmos procedimentos de cálculos para
sapatas retangulares incluindo a carga P= P1 + P2.
52
2.3.3.3 Pilares de divisa (Sapata com viga alavanca)
Quando o pilar se situa junto á divisa do terreno, não se pode avançar com sapata no
terreno vizinho, o que torna a sapata excêntrica em relação ao pilar. Então, é necessário o
emprego de uma viga alavanca (ou de equilíbrio) ligada a outro pilar para absorver o
momento proveniente da excentricidade “e” ( ver figura 25).
B1
L1 b1
fe
l1
div
isa
L2
B2
P1 P2
Viga Alavanca
R2
eR1
s
Figura 17: Sapata de divisa com viga alavanca
Fonte: Apostila de projetos de fundações vol.1 São Carlos- 1984
Tomando-se os momentos em relação ao ponto de aplicação da carga P2, obtemos a
reação na sapata de divisa.
R1 =
onde, S é a distância entre os centros de gravidade dos pilares.
Entretanto, o valor da excentricidade “e” depende do lado B1 que é uma das
dimensões procuradas:
e =
-
- f onde “f “ é a folga necessária para acomodar a tábua da fôrma (adota-se
2,5 cm).
Então,como o número de incógnitas é maior que o número de equações, o problema
deve ser resolvido por tentativa, adotando-se um valor para uma das incógintas. Como
necessariamente teremos R1 > P1, é mais fácil prever a ordem de grandeza de R1 que nos
casos correntes se situa em torno de 20% maior que P1. Assim, adotamos como primeira
tentativa.
53
R’1 = 1,20 P1
desse modo, A’1 =
Na escolha dos lados, recomenda-se o critério de L = 1,5 B, embora alguns
profissionais adotem L = 2,0 a 2,5 B. Portanto
B’1 =
Finalmente, encontramos a excentricidade
e’ =
-
- f
o que permite calcular a reação,
R’’1 = P1
Se a reação calculada R’’1 for aproximadamente igual á reação estimada R’ ( aceita-se
uma diferença de até 10%: R’’1 = R’1 10% R’1), podemos considerar o ciclo como
encerrado. Assim, teremos os valores reais:
R1 = R’’1
e = e’’
B1 = B’1
Restando apenas encontrar a outra dimensão da sapata. Para isso,
A1 =
L1 =
Caso contrário, é necessário repetir o ciclo iterativo do dimensionamento.
Na maioria dos casos, a viga alavanca é ligada a um pilar conforme figura 23. Então a
carga P2 sofre um alivio de
P = R1 – P1
Porém, no dimensionamento da sapata central, é necessário considerar, a favor da
segurança, apenas a metade desse alivio, o que se justifica pela parcela de carga acidental que
pode não estar atuando. Então:
54
R2 = P2 -
P
Portanto, A2 =
Utilizando o critério de balanço iguais, obtemos as dimensões B2 e L2.
Mas, se não houver um pilar central disponível para ligar a viga alavanca, é necessário
o emprego de um bloco de contrapeso ou até mesmo de estacas de tração para absorver o
alívio. Neste caso, devemos considerar o alívio integral, obviamente.
Observações:
1ª) É comum acontecer que o eixo da voga não seja normal á divisa do terreno. Neste
caso, o dimensionamento é semelhante ao anterior devendo-se tomar os seguintes cuidados
adicionais. (Figura 26)
a) O centro de gravidade da sapata de divisa deve estar sobre o eixo da viga
alavanca
b) As faces laterais ( no sentido da menor dimensão) da sapata da divisa devem ser
paralelas ao eixo da viga alavanca para evitar a introdução de momento de torção significativo
na viga.
Além disso, nos cálculos é conveniente tomar as cotas como projeção na direção
normal á viga.
div
isa
L2
B2
P1 P2
R2eR1
Figura 18: Sapata de divisa de encosta
Fonte: Apostila de projetos de fundações vol.1 São Carlos- 1984
55
2ª ) Também não é raro ocorrer de uma viga alavanca estejam ligadas a um mesmo
pilar central ( Figura 27). Neste caso, o dimensionamento de cada sapata de divisa é feito
independentemente, obtendo-se um alívio para cada uma delas. No pilar central, considera-se
a metade da soma dos alívios.
div
isa
L2
B2
Figura 19: Sapata de divisa alavancada no mesmo pilar
Fonte: Apostila de projetos de fundações vol.1 São Carlos- 1984
2.3.3.4 Sapatas para pilares especiais.
Consideramos como “especiais” os pilares que não apresentem a forma retangular. Por
exemplo, um caso comum é o de pilar em L ( Figura 28). No dimensionamento da sapata,
devemos inicialmente considerar um pilar retangular “equivalente” , de tal modo que: tenha o
mesmo centro de gravidade e o pilar real fique “inscrito” no retângulo. A partir daí utiliza-se
os mesmos procedimentos de cálculos para sapatas retangulares.
56
L
b
L
x
x
Figura 20: Sapata para pilar especial
Fonte: Apostila de projetos de fundações vol.1 São Carlos- 1984
2.3.3.5 DETERMINAÇÃO DA ALTURA DA SAPATA
A determinação da altura da sapata pode classificá-la como rigida ou flexível. Para
determinação altura da sapata são utilizadas duas equações admitindo-se o valor da maior.
Segundo a NBR 6118/2003, item 22.41 uma sapata é rígida quando sua altura é maior que a
subtração de uma das faces da sapata sobre a face do pilar divididas por três:
Primeira equação: h
Sendo, h = altura da sapata
a = dimensão da sapata em uma dimensão
ap = dimensão do pilar na mesma direção
Segunda equação: tg =
Sendo, = 30º (definição para sapata rígida (ver item 2.3.3. item a)) e facilidade
de concretagem)
ho = parte inferior da sapata sem incidência de angulação ( ver figura 29)
adota – se para ho altura de 10 cm.
57
h0
H
Figura 21: Determinação de H e ho
Fonte: Apostila de projetos de fundações vol.1 São Carlos- 1984
Determinado a altura h torna-se possível encontrar o valor da altura útil da sapata,
expresso pela formula:
d = h – cobrimento – 1,5
sendo: = diâmetro da armadura
Cobrimento = cobrimento da armadura ao meio agressor.
2.3.3.6 ANALISE DAS TENSÕES DE CISALHAMENTO
Para verificação da compressão diagonal no concreto, será analisada a resistência a
compressão do concreto comparado a força de ação, expressado pela formula:
sd
rd2 = 0,27 . v . fcd
Sendo,
sd = Tensão de cisalhamento solicitante de calculo
58
Vt = força cortante ( usado a normal do pilar por segurança)
Up = perímetro do pilar
d = altura útil da sapata
rd2 = tensão de cisalhamento resistente de cálculo
v =
com fck em MPa
2.3.3.7 DETERMINAÇÃO DA FLEXÃO E CÁLCULO DA ARMADURA
Para o dimensionamento á flexão e a determinação dos esforços na armadura e
armadura necessária serão calculados as forças de ação e conseqüentemente armadura a
suportar essa ação, seguir o roteiro com as formulas abaixo:
a) Determinação do momento solicitante
Ms = b . s . –
com Md = Ms . 1,4
Sendo, b = 2 . a
ap =menor lado do pilar
a = menor lado da sapata
s = resistência do solo
b) Armadura necessária
b.1) cálculo das forças a compressão
Fc1 = ap . 0,8 . x . 0,8 . fcd
Fc2 = 0,512 . x² . cotg . fcd
Sendo, ap = menor dimensão do pilar
59
X = distancia da LN (linha neutra)
Fcd =
em Kn
cotg = para = 30º portanto, cotg 30º ⇒
As duas formulas deixarão pendente duas incógnitas “Fc” e “X”, dando continuidade
ao roteiro calcula-se a seguir o momento resistente devido as forças Fc1 e Fc2.
MFc1 = Fc1 . 1 ⇒ Fc1 ( d – 0,4x)
MFc2 = Fc2 . 2 ⇒ Fc2 ( d -
. 0,8x)
Sendo, d = altura útil da sapata
Os resultados de MFc1 e 2 darão origem a duas equações que serão igualadas ao
momento total:
Md = MFc1 + MFc2 onde, Md é obtido a partir do momento solicitante
A formula dará origem a uma equação do terceiro grau que devera ser resolvida
matematicamente dando valor para a incógnita x.
A estrutura será calculada no estado-limite de deformação do domínio 3 tendo
melhor aproveitamento da resistência do concreto e do aço.
Portanto apresentado pela formula X23 = 0,256 . d
O próximo passo será o calculo área da armadura. As através da formula:
As =
( ap . 0,64 . x + 0,512 . x² . cotg )
A escolha do diâmetro da barra de aço, bem como sua quantidade e espaçamentos
devem ser realizado através de tabelas encontradas em livros de concreto armado.
60
2.3.4 Fundação Radiers
O radier é um tipo de fundação rasa, constituída de uma laje em concreto armado com
cota bem próxima da superfície do terreno, na qual toda estrutura se apóia. Geralmente, é
dimensionado com base no modelo de placa sobre base elástica, seguindo a hipótese de
Winckler. Neste caso, o solo é visto como um meio elástico formando infinitas molas que
agem sob o inferior da placa, gerando uma reação proporcional ao deslocamento.
Estruturalmente, o radier pode ser liso (como uma laje com espessura constante e sem
nenhuma viga enrijecedora) ou formado por lajes com vigas de bordas e internas, para
aumentar sua rigidez. A escolha de um ou outro esquema depende da resistência do solo, das
cargas atuantes sobre o radier e da intensidade e aplicação das ações da estrutura. Na figura
30, observamos um radier com vigas enrijecedoras.
Figura 22: Detalhe do radier com viga contorno
Fonte: www.revistatechne.com.br/engenharia-civil
A experiência e a literatura recomendam radier apenas quando a soma das áreas das
sapatas é grande (em torno de 70%) em relação à projeção da edificação. Porém, no caso de
edificações residenciais, cujas cargas são relativamente baixas, a opção pelo radier para a
61
fundação passa a ser interessante, principalmente se houver repetição, como é o caso de
conjuntos habitacionais com edificações-tipo. Quando bem-executado e nivelado, prescinde
de contrapiso, podendo receber diretamente o revestimento.
O radier deve possuir certo desnível em seu contorno para que o painel fique protegido
da umidade. A calçada deve ser executada de forma que permita o escoamento das águas
pluviais, recomendando-se uma inclinação em torno de 5%. A distância do contrapiso ao solo,
conforme recomenda a boa norma, deve ser de pelo menos 15 cm, para evitar a penetração de
umidade.
A execução do radier permite locar as furações para instalações hidráulicas, sanitárias,
elétricas e de telefonia. Essas locações devem ser precisas em relação às posições e diâmetro
dos furos, para que não ocorram transtornos.
O radier mostra-se mais competitivo quando a edificação possui um só nível e todos os
painéis referentes ao primeiro pavimento são assentados na mesma cota.
Considerando-o como uma estrutura de concreto armado, o radier é interessante, pois
demanda poucas fôrmas, principalmente de madeira, cuja participação no custo da estrutura
convencional pode chegar a 20%.
Se a altura para dimensionamento do radier demandar que parte dele fique enterrado,
pode-se utilizar o solo como fôrma em suas faces, desde que possua resistência necessária.
Para a execução do radier é necessária a limpeza da superfície do terreno ou até
mesmo a retirada de uma camada superficial que pode prejudicar a transmissão da carga para
o terreno. Em seguida, deve-se proceder a correta compactação do solo, para se obter uma boa
camada de suporte.
2.3.5 Fundação Tubulões
Tubulão elemento de forma cilíndrica, em que, pelo menos na sua fase final de
execução,há a descida do operário por dentro deste. Pode ser feito a céu aberto ou sob ar
comprimido (pneumático).
62
Tubulão a céu aberto: Escavada manualmente, não pode ser executado abaixo do nível
d´água. Dispensa escoramento em terreno coesivo, mostrando-se uma alternativa econômica
para altas cargas solicitadas, superior a 250 Tf.
Tubulão a ar comprimido: Utilizado em terrenos que apresentam dificuldade de
empregar escavação mecânica ou cravação de estacas, como em áreas com alta densidade de
matacões, lençóis d´água elevados ou cotas insuficiente entre o terreno e o apoio da fundação.
Nesse tipo de fundação, pode-se utilizar uma camisa metálica, de concreto ou de concreto
moldado in loco, sendo empregada uma pressão máxima de 3,4 atm, limitando, dessa forma
profundidade do tubulão a 34 m abaixo do nível d´água.
Figura 23: Tubulão a céu aberto Figura 24: Tubulão a ar comprimido
Fonte: www.revistatechne.com.br/engenharia-civil
2.3.5.1 Dimensionamento de Tubulão isolado sem revestimento.
Para o dimensionamento do tubulão, como em toda fundação partimos da observância
dos dados geotécnicos e determinação da cota de apoio. Realizada essa etapa partimos para o
dimensionamento do diâmetro do fuste (Df) ver figura 32, uma peça estrutural de concreto
simples submetida á compressão, através da formula:
63
Df =
Onde, P = carga normal do pilar
Fck = resistência do concreto ( usar em N)
A base alargada do tubulão(Db) como podemos verificar na figura 30 na cota de apoio,
é calculada em função da taxa de trabalho do solo na cota de apoio. Assim, o diâmetro da base
é igual a:
Db =
Sendo: s = tensão resistente do solo (usar em KPa)
Deve-se adotar um alargamento da base que dê origem a uma inclinação , como pode
ser visto na figura 30, essa inclinação deve ser adotada de tal modo que não haja necessidade
de introdução de armadura na base, calculada pela formula:
h =
tg
Adotando = 60º facilitando a escavação e a concretagem.
Observações:
1ª) o centro de gravidade da área do fuste deve coincidir com o centro de gravidade do
pilar.
2ª) Nos tubulões escavados manualmente a céu aberto, o diâmetro no mínimo do fuste
deve ser Df = 70 a 80 cm.
3ª) No caso de tubulões executados com revestimento, o coeficiente de minoração do
concreto yc, deve ser reduzido para1,5 mesmo que a camisa seja recuperada.
4ª) De acordo com a NB-51/ 78, desde que a base esteja embutida em material idêntico
ao de apoio num mínimo de 20 cm, o ângulo pode ser adotado igual a 60ª
independentemente da taxa de trabalho do solo, sem necessidade de armadura.
64
5ª) Ainda segundo a NB-51/78, os tubulões devem ser dimensionados de maneira a
evitar alturas de base superior a 2 metros. Em casos excepcionais, devidamente justificados,
admitem altura superior a 2 metros.
6ª) O peso próprio do tubulão não é considerado nos cálculos do dimensionamento,
pois na determinação da taxa de trabalho do solo á cota de apoio, supõe-se que a resistência
lateral ao longo do fuste seja igual ao peso próprio do tubulão.
2.3.5.1 Vantagens do tubulão:
Os tubulões apresentam, quando comparados a outros tipos de fundação, uma série de
vantagens:
Os custos de mobilização e de desmobilização são menores que os de bate-
estacas e outros equipamentos, aspecto este muito importante para pequenas obras, nas quais
este item representa uma parcela significativa dos custos totais.
O processo construtivo produz vibrações e ruídos de muito baixa intensidade, o
que é muito importante para obras urbanas próximas a edifícios.
Os engenheiros de fundação podem observar e classificar o solo retirado
durante a escavação e compará-lo ás condições de sub-solo diferentes das previstas no projeto.
O diâmetro e o comprimento dos tubulões podem ser modificados durante a
escavação para compensar condições de sub-solo diferentes das previstas.
As escavações podem atravessar solos com pedras e matacões, especialmente se
grande diâmetros, sendo possível até penetrar em vários tipos de rocha.
Regra geral é possível apoiar cada pilar em fuste, em lugar de diversas estacas,
eliminando a necessidade de bloco de coroamento.
2.3.5.2 Tubulão em pilar de divisa:
No caso de um pilar situado junto á divisa do terreno, não se executa o tubulão com
base circular pois a excentricidade seria muito grande. Então, o alargamento da base é feito na
65
forma de falsa elipse composta por um retângulo e dois semi-circulos conforme figura 33.
Evidentemente, há necessidade da introdução de uma viga alavanca.
O dimensionamento do pilar de divisa é feito calculando-se a reação
R1 = P1
sendo a excentricidade e obtida por
e = r -
- f
b
e
f
x
r
div
isa
eixo da V.A.
Viga alavanca
P2
P2
P1
R1 R2
e
s
Figura 25: Tubulão de divisa com viga alavanca
Fonte: Apostila de projetos de fundações vol.1 São Carlos- 1984
Então é necessário que se adote um valor para r (um critério seria o de se tomar um
valor um pouco menor que o raio correspondente ao tubulão de base circular).
Em seguida, determinar a área da base
Ab =
Por último, acha-se o comprimento x do retângulo
. r² + r . x = Ab ⇒ x =
sendo que x 3r caso a não for satisfeita a imposição deve-se aumentar o raio do
semi-circulo.
Quanto ao diâmetro do fuste e a altura, são respectivamente:
Df =
66
h =
. tg
No dimensionamento do tubulão do pilar central, novamente, deve ser descontado a
metade do alívio. Então
P = R1 – P1 R2 = P2 -
Observações:
1ª) O valor de r pode depender das dimensões do equipamento utilizado na execução
do tubulão.
2ª) O centro de gravidade das áreas do fuste e da base deve estar sobre o eixo da viga
alavanca.
2.3.5.3 Tubulão pilares próximos.
Não se deve de forma alguma associar a fundação de dois ou mais pilares com um
único tubulão. Então se dois pilares estão muito próximos, de tal forma que impossibilita a
execução de base circulares por causa da superposição de áreas, o alargamento da base de um
ou de ambos os tubulões é feito na forma de falsa elipse.
Ficando obvio que nesse caso não há excentricidade e que os tubulões trabalham
independentemente.
Estudaremos o primeiro caso considerando a possibilidade de que seja necessária
apenas uma falsa elipse.( Figura 34). Após o dimensionamento do tubulão do pilar P1 (base
circular), adotamos o valor “ r2 “ em função da distancia entre os pilares, de tal forma que
r2 < s – r1
67
P1
s
x
r2
P2
r1
Figura 26: Tubulão de pilares próximos ( uma falsa elipse)
Fonte: Apostila de projetos de fundações vol.1 São Carlos- 1984
Em seguida: Ab2 =
x =
Sendo necessário apenas a verificação de x < 3
No segundo caso consideraremos que a desigualdade não seja satisfeita, optamos pelo
emprego de duas falsas elipses, demonstrado na figura 35:
P1
s
x2
r2
P2
r1x1
Figura 27: Tubulão de pilares próximos ( duas falsa elipse)
Fonte: Apostila de projetos de fundações vol.1 São Carlos- 1984
68
Inicialmente, adotamos os valores de r1 e r2 de tal forma que:
r1 + r2 < s
Depois cálcula-se:
Ab1 =
x1 =
x1 < 3 r1
Ab2 =
x1 =
x2 < 3 r2
Observações:
1ª) Caso os pilares estiverem tão próximos que não seja possível a solução anterior,
então afasta-se o centro de gravidade dos tubulões e introduz-se uma viga de interligação,
como mostra a figura 36.
Figura 28: Tubulão de pilares muito próximos
Fonte: Apostila de projetos de fundações vol.1 São Carlos- 1984
2ª) Pode-se usar, se necessário, 2 tubulões sob 3 pilares alinhados, com uma viga de
ligação.
2.3.5.4 Tubulão em pilares no alinhamento de calçadas
Permite-se um avanço máximo de 1,00m do fuste e do bloco de coroamento, se
houver. Quanto á base do tubulão, não tem limitação por estar a grande profundidade.
69
2.3.6 Fundação sobre estacas
Estacas são elementos estruturais esbeltos que colocados no solo por cravação ou
perfuração, tem a finalidade de transmitir cargas ao mesmo, seja pela resist~encia sob sua
extremidade inferior (ponta), seja pela resistência AL longo do fuste (atrito lateral) ou pela
combinação de ambos.
2.3.6.1 Determinação das cargas de trabalho
Para cada estaca, temos uma carga nominal referente ao elemento estrutural, isto é,
levando em conta apenas a seção transversal e a resistência á compressão do material da
estaca.
Na prática, considera-se geralmente esta carga nominal como sendo a própria carga de
trabalho do conjunto estaca-solo e emprega-se um comprimento adequado para a estaca,
obtendo-se assim uma resistência compatível para a ligação estaca-solo. Então, após a escolha
do tipo de estaca, o passo seguinte é adotar a carga de trabalho, dentre as várias disponíveis, a
ser utilizada no projeto.
Para isso, calcula-se a carga média de todos os pilares (Pmed) e divide por 3 para que
boa parte dos blocos tenham 3 estacas, pois estes blocos tem boa estabilidade e rigidez e são
economicamente viáveis em relação aos demais. Portanto:
Pe =
2.3.6.2 Determinação do numero de estacas por pilar
Determinada a carga de trabalho Pe de projeto, o numero “ n “ de estacas, necessário
para transferir a carga vertical P de um pilar para o solo, será:
n =
sendo 1,10 o coeficiente que leva em conta o peso próprio do bloco.
Observações:
70
1ª) Em princípio o numero de estacas deverá ser n 3, para que o bloco tenha rigidez
apreciável em relação a dois eixos ortogonais.
2ª) Poderá ser empregado um número de estacas n 3 (duas ou uma estaca) desde que
exista algum elemento estrutural que confira uma rigidez adicional na direção mais fraca,
como exemplo, uma viga baldrame ou uma viga alavanca ( figura 37).
3ª) Quanto maior o número de estacas, maior será o custo do bloco. Então, é
conveniente evitar blocos com mais de 5 ou 6 estacas com a adoção de duas cargas de
trabalho: uma para as cargas leves e a outra para as cargas pesadas. Isto ocorre quando o
projeto apresenta uma variação muito ampla nas cargas dos pilares.
4ª) Num mesmo bloco, todavia, utilizam-se estacas com mesma carga de trabalho.
Figura 29: Bloco com uma ou duas estacas
Fonte: Apostila de projetos de fundações vol.1 São Carlos- 1984
2.3.6.3 Determinação da capacidade de carga nas estacas
A resistência de uma estaca depende da resistência do atrito lateral ao longo do seu
fuste e da resistência de ponta. A primeira é totalmente mobilizada com pequenas
deformações( 5 mm a 10 mm) enquanto para mobilização total da resistência de ponta podem
ser necessárias deformação muito maiores, da ordem de 10% a 15% do diâmetro da estaca.
71
São três os métodos empíricos existentes para determinação do atrito lateral e da
resistência de ponta de uma estaca, sendo:
a- Método Aoki - Velloso - 1975
b- Método Decourt - Quaresma - 1978
c- Método Velloso – 1991
a) Método AOKI-VELLOSO
RP
PU
Rl1
PU = RP + R1
sendo
PU = capacidade de carga total
RP = resistência de ponta
Rl = resistência lateral
R = PU
2
sendo: R = capacidade de carga
admissível
2 = coeficiente de segurança
Cálculo da resistência de ponta – RP
Rp = Rp × Ap ou rp × Ap
rp=
Np = SPT da camada de apoio da estaca
= coef. do solo (tabela)
F1 = coeficiente do tipo de estaca (tabela)
Ap = Área da ponta da estaca.
Cálculo da resistência lateral – Rl
Rl = ΣU × Δl × rl
rl=
sendo:
α = coeficiente do solo (tabela)
F2 = coeficiente do tipo de estaca (tabela)
Nl = SPT da camada (Δl)
72
U = perímetro da estaca
Tabela 09: Coeficiente F1 e F2
Coeficiente F1 e F2
Tipo da estaca F1 F2
FRANKI 2,50 5,0
METÁLICA 1,75 3,5
PRÉ-MOLDADA DE CONCRETO 1,75 3,5 Fonte: www.ufsm.br/engcivil
Tabela 10: Coeficiente K E α
Coeficiente K E α
TIPO DE SOLO K (MN/m2) α (%)
AREIA 1,00 1,4 AREIA SILTOSA 0,80 2,0
AREIA SILTO-ARGILOSA 0,70 2,4
AREIA ARGILOSA 0,60 3,0
AREIA ARGILO-SILTOSA 0,30 2,0
SILTE 0,40 3,0
SILTE ARENOSO 0,55 2,2
SILTE ARENO-ARGILOSO 0,45 2,8
SILTE ARGILOSO 0,23 3,4
SILTE ARGILO-ARENOSO 0,25 3,0
ARGILA 0,20 6,0
ARGILA ARENOSA 0,35 2,4
ARGILA ARENO SILTOSA 0,30 2,8
ARGILA SILTOSA 0,22 4,0
ARGILA SILTO-ARENOSA 0,33 3,0 Fonte: www.ufsm.br/engcivil
b)Método Decourt-Quaresma
RP
PU
Rl
PU = RP + Rl
1,3 4
sendo:
PU = capacidade de carga total da
estaca
RP = resistência de ponta
Rl = resistência lateral ao longo do
fuste
73
Para o calculo de Rl usamos a seguinte equação:
Rl = U . ql . L . (Kn ou tf)
Sendo:
U= perímetro da estaca (m)
L= comprimento do fuste da estaca (m)
ql= resistência lateral de ruptura média, calculada com base nas expressões abaixo:
ql=
x 10 (KPa) ou ql=
(tf/m²)
N = SPT médio (desconsidera o SPT cota de apoio e considera do antepenúltimo até a cota
de amassamento.
Nota: quando N3 adotar 3; quando N50 adotar 50
= fator de correção de acordo com o tipo de estaca e solo:
Tabela 11: de fator de correção
Tipo de
solo
Tipo de Estaca
Pré-
moldada
Escavada
a seco
Escavada
com lama
Hélice
continua
Injetadas
(raiz)
Injetadas
(sob
pressão)
Argilas 1,0 0,8 0,9 1,0 1,5 3,0
Siltes 1,0 0,65 0,75 1,0 1,5 3,0
Areias 1,0 0,50 0,60 1,0 1,5 3,0
Fonte: www.ufsm.br/engcivil
Para o calculo de RP usamos a seguinte equação:
RP = rp . Ap . (Kn ou tf)
Sendo:
Ap= área da ponta da estaca
rp= coeficiente que correlaciona a resistência a penetração (N) com a resistência de ponta em
função do tipo de solo.
rp= k .Np
74
Tabela 12: fator k (kN/m²)
TIPO DE SOLO Estaca de
deslocamento
Estaca
moldada
“in loco”
ARGILA 120 12
SILTE ARGILOSO 200 20
SILTE ARENOSO 250 25
AREIA 400 40
Fonte: www.ufsm.br/engcivil
Np = resistência á penetração do SPT, resultante da média de 3 valores obtidos ao nível da
ponta da estaca, imediatamente acima e abaixo desta.
Np =
Tabela 13: Coeficiente de correção do tipo de estaca e solo de apoio ()
Tipo de
solo
Tipo de Estaca
Pré-
moldada
Escavada
a seco
Escavada
com lama
Hélice
continua
Injetadas
(raiz)
Injetadas
(sob
pressão)
Argilas 1,0 0,85 0,85 0,30 0,85 1,0
Siltes 1,0 0,60 0,60 0,30 0,60 1,0
Areias 1,0 0,50 0,50 0,30 0,50 1,0
Fonte: www.ufsm.br/engcivil
2.3.6.4 Efeito de agrupamento de estacas (critério de eficiência)
Segundo a regra prática de Feld a carga de cada estaca é reduzida de tantos 1/16
quantas forem as estacas vizinhas, na mesma fila ou em diagonal. É preciso, também, como
para as estacas pré-moldadas, guardar um espaçamento entre os centros geométricos das
estacas, um valor não inferior a 3 vezes o seu diâmetro.
75
Tabela 14; Fator de eficiência
Numero de estacas no bloco e(%)
2 94
3 87
4 82
5 80
6 77
Fonte: Caderno de fundações
2.3.6.5 Dimensionamento do bloco
Calculado o numero de estacas, deve-se fazer a distribuição em planta. A situação
ideal é sempre aquela em que o centro de gravidade das estacas coincide com o centro de
carga. (ver figura 38)
P
Pe Pe
c d c
c
c
d
Figura 30: Dimensões do bloco
Fonte: www.pucrs.br/feng/civil
Quanto ao espaçamento “ d “ entre os eixos das estacas, recomenda-se que seja igual a
2,5 vezes o diâmetro no caso de estacas pré-moldadas, e igual a 3 vezes o diâmetro no caso de
estacas moldadas “ in loco”, respeitada sempre uma distância mínima de 60 cm.
76
d é
e dmin = 60cm
A distância “ c “ entre o eixo da estaca e a face do bloco de capeamento é tomada
como a metade do diâmetro mais 15cm, para acomodar eventuais erros de locação e melhorar
as condições de ancoragem da armadura. Então:
c =
+ 15 cm
Na imagem a seguir estão representadas as formas geométricas mais usuais de bloco
de coroamento:
1,10 d
1,10 d
Bloco de 1 estaca
c
d
Bloco de 2 estaca
c
c
d
Bloco de 3 estaca
c
c
d
Bloco de 3 estaca
c
d
Bloco de 4 estaca
c
1,41 d
Bloco de 5 estaca
77
c
1,41 d
Bloco de 5 estaca
1,41 d
c
1,41 d
Bloco de 6 estaca
1,41 d
Figura 31: Geometrias de blocos de fundação
Fonte: Apostila de projetos de fundações vol.1 São Carlos- 1984
2.3.6.6 Dimensionamento estacas para pilares de divisa
No caso de pilares situados em divisa de terreno, mais uma condição deve ser
respeitada: devido ás dimensões do equipamento de execução ou de cravação (bate-estaca), as
estacas só podem ser instaladas a uma distância mínima “ a “ da divisa, a qual depende das
características do equipamento e do diâmetro da estaca.
Na divisa, até um numero de quatro estacas, as estacas são colocadas alinhadas para
que se tenha uma excentricidade a menor possível.
Também no projeto de fundações por estacas, quanto se tem pilar situado junto á
divisa do terreno, a excentricidade resultante exige o emprego de viga-alavanca ou de
equilíbrio.
O processo de cálculo é semelhante ao caso de sapatas, com a simplicidade de que a
excentricidade é conhecida e, portanto, o problema não exige por tentativa.
Para a determinação do número de estacas para a fundação de um pilar de divisa,
calcula-se inicialmente a reação R1 no bloco, que é igual a:
R1 = P1
sendo a excentricidade calculada por:
78
e = a -
- f ( para a > c)
Então, o numero de estacas do bloco da divisa se dá por:
n1 =
É importante lembrar que o centro de gravidade das estacas deve estar sobre o eixo da
viga alavanca.
O alívio no pilar central continua sendo:
P = R1 - P1
A metade dele deve ser considerada no cálculo do bloco do pilar interno.
R2 = P2 -
P n2 =
Observações:
Na prática, este processo de calculo é geralmente utilizado apenas quando se tem mais
de 4 estacas na divisa, resultando uma excentricidade significativa.
Caso de até quatro estacas colocadas em alinhamento a excentricidade torna-se
desprezível portanto o calculo pode ser simplificado por:
n1 =
n2 =
sem eliminar, porém a viga alavanca.
2.3.6.7 Dimensionamento de pilares próximos.
No projeto de fundações por estacas é raro acontecer a associação de dois ou mais
pilares em um único bloco de coroamento, pois a escolha de seção de estaca economicamente
mais conveniente geralmente exclui os blocos com grande número de estacas.
79
Mas se houver a necessidade de uma associação, por exemplo no caso dos elevadores
de um edifício, a recomendação é a de que o centro de gravidade das estacas deve coincidir
com o centro de carga dos pilares, portanto :
Ycg =
. s
Onde “ s “ é a distância entre os centros de gravidade dos pilares e Ycg é a distância
do CG do pilar até o CG de carga.
2.3.6.8 Dimensionamento de pilares no alinhamento da calçada
Permite-se um avanço máximo de 1,00m do bloco de sapata no sentido da calçada.
2.3.7 Reformulação de blocos
Quando uma estaca de um bloco não pode ser aproveitada (por exemplo: estaca
quebrada durante a cravação), o bloco deve ser reformulado. A reformulação deve atender ás
seguintes condições:
Manter o centro de gravidade ou, no caso de não ser mantido, verificar a carga na
estaca mais carregada;
Manter o espaçamento mínimo entre estacas aproveitadas de 2,5 d (pré- moldada),
porém sempre acima de 60 cm no bloco reformulado;
Manter a distância mínima de 1,5 d entre qualquer estaca não aproveitada e uma nova
que a substituirá, po´rem sempre acima de 30 cm
Na reformulação não devem ser misturadas seções diferentes de estacas, salvo em caso
especiais que necessitarão de estudos mais minuciosos.
80
2.3.7.1 Exemplos de Reformulação de blocos de três estacas
Estaca quebradaEstaca a ser cravadaEstaca já cravada
Abandonar
Hipótese a) quebra da
primeira estaca a ser cravada.
solução: inverter a posição do
bloco mantendo C.G.
Hipótese b) a 1ª estaca cravada quebra da 2ª.
solução: cravar 3 novas estacas mantendo
C.G., ou manter uma e cravar mais duas
novas.
Hipótese c) duas estaca cravada quebra da 3ª.
solução: Substituir a quebrada por duas novas: ou substituir
por uma novas estacas deslocando o CG e verificar as
cargas
Figura 32: Reformulação geometria do bloco de fundação
Fonte: Apostila de projetos de fundações vol.1 São Carlos- 1984
2.3.8 Características dos tipo de estaca:
Quanto ao tipo de estacas podemos classificá-las de acordo com seu tipo de execução:
Estacas moldadas “in loco” que são estacas escavadas com trado helicoidal, estaca
Strauss, Broca Apiloada, estaca Franki, estaca tipo Hélice, estaca raiz.
Estacas de deslocamento(pré-moldadas), a esse grupo pertence as estacas de madeira,
estacas metálicas, estacas de concreto (armado/protendido), estacas mistas, estacas mega.
81
2.3.8.1 Estaca Escavada com trado Helicoidal
Fonte: www.geofix.com.br
Figura 33: Equipamento de Perfuração do trado Helicoidal
Características gerais:
Escavação Mecânica.
Versátil, executa desde estacas de pequenas profundidades (torre de 6m) até
grandes profundidades (torre de 30m).
Diâmetros: 0,20m a 1,70m.
Indicada para solos coesivos.
Trabalha somente acima do N.A.
Não transmite vibrações ao subsolo.
Grande mobilidade e produção do equipamento
Permite a amostragem do solo
Pode ser executada bem próximo à divisas
Métodos executivos:
Instalação e nivelamento do equipamento.
Inicio da perfuração até o treco helicoidal.
82
Retirada da haste sem girar.
Fora do furo, remove-se o solo da haste, girando-a no sentido contrário
Atingida a cota do projeto, apiloa-se o fundo da escavacação com soquete de
concreto
Lança-se o concreto com auxilio de um funil (tremonha)
Sugere-se a utilização de vibrador de imersão nos dois metros superiores para
melhor distribuição do concreto após a inserção da armadura.
Tabela 15 : Carga nominal estaca escavada com trado helicoidal
Diâmetro de perfuração (cm) Carga Nominal (tf)
25 20
30 30
35 40
40 50
45 60
50 80
Fonte: www.ufsm.br/engcivil
2.3.8.2 Estaca Strauss
Fonte: www.fundestaca.combr
Figura 34: Equipamento de Estaca Strauss
83
Características Gerais:
Possibilidade de verificação de corpos estranhos e matacões durante a
perfuração, permitindo a mudança de locação antes da concretagem
Possibilidade de verificação das camadas e natureza do solo, comparando as
amostras com as obtidas na sondagem à percussão
Possibilidade de execução de estacas próximas a divisas
Possibilidade de execução de estacas em áreas construídas com pé direito
reduzido
Autonomia, importante em locais remotos
Descrição do equipamento
Componentes mecânicos:
Guincho de tambor simples ou duplo, com capacidade mínima de 1 t, alavanca
de acionamento, freio e cabo de aço
Motor à diesel
Chassi de madeira fixado ao conjunto motor-guincho para sustentar
movimentações e mudanças da máquina
Tripé com carretilha de aço no topo
Tubulações, Sonda e Soquete:
Tubos de aço com 2,5 metros de comprimento e dotados de roscas macho e
fêmea
Sonda ou piteira consistente em tubo de 2,5 metros de comprimento, com
diâmetro menor que o dos tubos. Na parte inferior, o tubo é aberto longitudinalmente em duas
janelas que permitem a saída do material escavado e na extremidade localiza-se a válvula
mecânica que se abre quando o solo é cortado pelas bordas afiadas da sonda e se fecha com o
peso próprio do solo escavado
Soquete metálico, cilíndrico e maciço com diâmetro também menor que o do
tubo e peso mínimo de 300 kg.
84
Equipe:
A equipe necessária para a adequada execução do serviço é composta por operador, pé
de sonda e ajudante. Na concretagem são necessários mais dois colaboradores para execução
e transporte do concreto.
Métodos executivos:
O processo pode ser dividido em duas fases distintas
Perfuração e colocação dos tubos no solo
Lançamento do concreto no interior do tubo
Durante a primeira fase, posiciona-se o equipamento e o soquete sobre o piquete de
locação da estaca soltando o soquete para a formação do pré-furo. Feito isso, insere-se o
primeiro tubo, com a extremidade inferior dentada, chamada de “coroa”, já com a sonda
mecânica em seu interior manobrada para cima e para baixo cortando o terreno com auxílio de
água lançada manualmente.
Em seguida, executa-se a manobra conjunta da sonda com o tubo que consiste em
posicionar uma haste de aço pela janela da sonda e por furos de uma luva rosqueada no topo
do tubo, com a movimentação do conjunto, para cima e para baixo, até que o primeiro tubo
seja introduzido no solo. Na seqüência, rosqueia-se outro tubo até que o mesmo seja
introduzido no solo. Repete-se o processo sucessivamente até se atingir a profundidade
desejada, com o furo completamente revestido sempre atentando-se para a correção da
verticalidade dos tubos.
Com isso, inicia-se a limpeza dos tubos com lançamento de água de modo que a lama
é removida pela sonda. Lava-se o soquete e o mesmo é posicionado acima do tubo para então
ter início o lançamento do concreto, apiloamento e remoção lenta dos trechos de tubo com uso
do guincho.
85
IMPORTANTE: Para que não hajam espaços vazios no fuste da estaca, recomenda-se
a manutenção dentro da tubulação, durante o apiloamento, de uma coluna de 6 metros de
altura, suficiente para ocupar todo o espaço perfurado e eventuais vazios de perfuração. A
concretagem continua até um diâmetro acima da cota de arrasamento da estaca, com o
excesso cortado para o preparo da cabeça da estaca.
Tabela 16: Capacidade de carga nominal estaca Strauss
Diâmetro do tubo de
revestimento (cm)
Diâmetro nominal da estaca
(cm)
Carga nominal (tf)
22 25 20
28 32 30
32 38 40
35 42 50
40 45 60
Fonte:www.ufsm.br/engcivil
2.3.8.3 Estaca tipo Broca Apiloada
Características Gerais:
Utiliza-se somente para pequenas cargas (até 10 tf).
Executada somente acima do N.A.
Diâmetros de 0,20 a 0,50 m.
Somente em solos coesivos.
Não utiliza equipamento específico
Baixo custo
Características Executivas:
Abertura do furo com trado concha.
Lançamento do concreto com auxilio de funil
86
Apiloamento da camada com soquete de concreto.
Tabela 17: Carga nominal estaca apiloada:
Diâmetro (cm) Carga (tf)
15 5
20 10
Fonte: www.aguaplan.com.br
2.3.8.4 Estaca Franki
Características Gerais
Suporta cargas elevadas.
Pode ser executada abaixo do N.A.
Necessita de espaço na obra.
Dificuldade de transporte de equipamentos
Transmite vibrações ao subsolo.
Alto custo
Figura 35: Equipamento para estaca Franki
87
Fonte: www.geodactha.com.br
Características Gerais
Suporta cargas elevadas.
Pode ser executada abaixo do N.A.
Necessita de espaço na obra.
Dificuldade de transporte de equipamentos
Transmite vibrações ao subsolo.
Alto custo
Características executivas:
Após o nivelamento do equipamento inicia-se o cravamento de um tubo de aço com a
extremidade inferior com um tampão de concreto.
Com o soquete crava-se o tubo de aço até a cota desejada.
Atingido o nível da cota desejada a camisa de aço é segurada com e o soquete continua
a bater até arrancar o tampão de concreto
Introduz a armadura e inicia-se a concretagem retirando lentamente a tubo de aço.
Figura 36: Processo executivo da estaca Franki
Fonte:www.homekit.com.bt
88
Tabela 18: Carga nominal estaca Franki
Diâmetro (cm) Carga de compressão (tf) Carga de tração (tf)
30 45 8,5
35 55 10
40 80 13
45 130 24
50 170 27
Fonte: www.franki.com.br
2.3.8.5 Estaca tipo Hélice continua.
Figura 37: Equipamento de Estaca tipo Hélice continua
Fonte: www.geodactha.com.br
Características Executivas:
Perfuração: Escavação com trado Hélice até a profundidade desejada
Concretagem: O concreto é bombeado com alta pressão pelo interior do trado
que é retirado girando-se no sentido contrário.
Nos casos previstos coloca-se a armadura pela equipe ou com a ajuda de um
pilão ou vibrador.
89
Tabela 19: Carga nominal estaca de hélice continua
Diâmetro do trado (cm)
35
40
50
60
70
80
90
100
110
120
Carga (tf)
35 50 70 110 150 200 260 330 390 490
Fonte: www.solossantini.com.br
2.3.8.6 Estaca tipo Ômega
Uma evolução da hélice continua a hélice Ômega é introduzida no solo através de um
equipamento de rotação e tem o concreto lançado pelo interior da haste.
Figura 38: Trado tipo hélice Ômega
Fonte:www.abesd.org.br
Características executivas:
Perfuração: O trado ômega é cravado no terreno por rotação, através de uma
mesa rotativa hidráulica, com deslocamento lateral do solo e sem o transporte do material
escavado à superfície. Esse sistema permite o uso do pull-down que auxilia no atravessamento
ou penetração de camadas resistentes. Uma tampa móvel na extremidade do trado impede a
entrada de terra no seu interior.
90
Concretagem: Alcançada a profundidade desejada, o concreto é bombeado à
alta pressão pelo interior do eixo do trado que é retirado do terreno girando-se no sentido da
perfuração. A parte superior do trado é construída de forma a empurrar de volta o solo que
possa cair sobre o trado.
Colocação da Armadura: A armadura em forma de gaiola ou feixe, pode ser
introduzida no tubo central do trado antes da concretagem, ou como é mais comum, ao fim da
concretagem pela equipe ou com ajuda de um pilão ou vibrador. Todo o processo executivo é
monitorado através de sensores ligados a um computador colocado na cabine do operador,
para visualização e registro dos dados de execução
Tabela 20: Carga nominal estaca tipo Ômega
Diâmetro do trado (cm)
27
32
37
42
47
52
57
62
Carga (tf)
34 48 64 83 104 127 153 181
Fonte: www.teses.usp.br/teses
2.3.8.7 Estaca Raiz
Figura 39: Equipamento de estaca raiz
Fonte: www.estacaraiz.com.br
91
Características Gerais:
Estaca executada com a injeção de ar comprimido imediatamente a´pos a
moldagem do fuste, concomitantemente com a remoção do revestimento.
Alta produtividade.
Podem ser executadas abaixo do N.A.
Pode atravessar matacões.
Equipamento de grande e pequeno porte dando a solução versatilidade.
Necessidade de uma central de concreto no canteiro.
Grande quantidade de material de escavação.
Alto custo.
Características executivas:
Perfuração auxiliada por circulação de água
A perfuração em solo é executada por rotação de tubos com circulação de água injetada
pelo interior dos mesmos e retornando à superfície pela face externa dos tubos. Na medida em
que a perfuração avança, os tubos são emendados por rosca e são sacados após instalação da
armadura e aplicação da argamassa.
O revestimento pode ser instalado parcialmente nos furos, caso o terreno permita.
Nessa caso, a perfuração abaixo da cota dos tubos é feita também por rotação, com auxílio de
circulação de água com utilização do tricone.
A parte inferior do revestimento possui diâmetro ligeiramente maior que o tubo, de
modo que o atrito entre o solo e a parede dos tubos é reduzido. Como a água retorna à
superfície pelo interstício anular formado entre o revestimento e o terreno, o diâmetro acabado
da estaca é sempre maior que o diâmetro externo do tubo.
Pode-se ainda perfurar diversos materiais como alvenaria, concreto ou rocha a partir da
colocação de pastilhas de wídia nas sapatas de perfuração ou perfuração por rotopercussão
com martelo de fundo acionado por ar comprimido.
Instalação da armadura
Atingida a cota de projeto, continua-se a injetar água sem avanço do revestimento para
limpeza do furo. Feito isso, instala-se a armadura.
92
Preenchimento com argamassa e remoção do revestimento
A seguir, introduz-se o tubo de injeção de PVC até o final da perfuração de baixo para
cima, até que a argamassa extravase pela boca do tubo de revestimento garantindo-se assim
que a água ou lama seja substituída pela argamassa feita em misturador de alta turbulência.
De acordo com a NBR 6122, o consumo mínimo de cimento deve ser de 600 kg/m³
com um traço mais utilizado de 80 litros de areia para 1 saco de 50 kgf de cimento e 20 a 25
litros de água, conferindo à argamassa uma resistência superior a 20 MPa.
Com isso, rosquea-se um tampão metálico na extremidade superior do revestimento.
Esse tampão é conectado a um compressor que permite a aplicação de golpes de ar
comprimido durante a extração do revestimento. Simultaneamente, completa-se o nível de
argamassa que vai descendo enquanto os tubos são retirados.
Tabela 21: Carga nominal estaca tipo raiz.
Descrição unidades valores
Diametro Nominal da Estaca
mm
150
160
200
250
310
400
500
Carga nominal
Kn
250
350
500
700
1000
1300
2000
Fonte: www.estacaraiz.com.br
2.3.8.8 Estaca Madeira
Figura 40: Imagem da estaca de madeira.
Fonte: www.cirneinformatica.com.br
93
Características Gerais:
Empregadas desde os primórdios da construção
Troncos de arvores, os mais retos possíveis, cravados com o auxilio de um pilão
Em obras provisórias utiliza-se o eucalipto e em obras definitivas madeira de lei
(peroba, aroeira, ypê,...)
Duração ilimitada se mantida submersas
Em ambientes em que ocorre N.A. ou no solo, as estacas devem ser tratadas
com creosoto (substância da destilação do carvão ou do asfalto)
Características Executivas:
Durante a cravação a cabeça da estaca deve ser munida de um anel de aço de
modo a evitar o seu rompimento sob os golpes do pilão. Também é recomendado o emprego
de uma ponteira metálica para facilitar a penetração da estaca e proteger a madeira.
As estacas podem ser emendadas, desde que as emendas resistam a todas as
solicitações que possam ocorrer durante o manuseio, cravação e trabalho da estaca. Essas
emendas podem ser feitas de modo a realizar um corte na madeira no sentido do eixo do raio e
aprofundar de quarenta a cinqüenta centímetros, escolher uma das partes e descartar, realizar o
mesmo procedimento em ambos as estacas a serem emendadas, a fixação da emenda é feita
por parafusos apenas ou com uma capa de aço envolvendo a estaca a qual também utiliza-se
dos parafusos.
Tabela 22: Carga Nominal da estaca de Madeira
Diâmetro (cm) Carga (Kn)
20 150
25 200
30 300
35 400
40 500
Fonte: www.ufsm.br/7_Fundacoes_profundas_Carga_Admissivel
94
2.3.8.9 Estaca Metálica:
Figura 41: Imagem das seções transversais para estacas metálicas
Fonte: www.benapar.com.br
Características Gerais:
Constituídas por peças de aço laminado ou soldados como perfis de seção “ I “
e “ H “, chapas dobradas (tubos de seção quadrada e retangular) e trilhos de
trem
Baixa vibração
Trabalha bem a flexão
Em trechos resistentes não provoca o levantamento das estacas vizinhas.
Versátil pode atuar como elemento de contenção na fase de escavação e como
fundação de pilares de subsolos.
Para se evitar o problema de corrosão deve-se descontar da espessura da estaca
1,5mm de toda sua superfície em contato com o solo.
Características Executivas:
As estacas são cravadas no solo com o auxilio de um martelo que golpeia a
estaca caindo em queda livre.
95
As estacas podem ser emendadas com solda ou parafusadas desde que se
mantenham o alinhamento.
Tabela 23: Carga nominal das estacas metálicas
Tipo de perfil Denominação Carga máxima (Kn)
Perfis Laminados C.S.N. H 6” x 6” 400
I 8” x 4” 300
I 10” x 4.5/8” 400
I 12” x 5.1/4” 700
Trilhos C.S.N. TR 25 250 (200)
TR 32 350 (250)
TR 37 400 (300)
TR 45 450 (350)
TR 50 550 (400)
TR 57 600 (450)
*Os valores entre parênteses se referem a trilhos velhos com perda de 20% da resistência.
Fonte: www.benapar.com.br
2.3.8.10 Estaca Pré- moldadas
Figura 42: Imagem estaca Pré- moldada
Fonte: www.estacasipr.com.br
Figura 43: Imagem estaca cravada com martelo
Fonte: www.engeconfundacoes.com.br
96
Características Gerais:
Podem ser confeccionadas com concreto armado ou protendido.
Comprimento máximo 12m (transporte), para profundidades maiores as estacas
devem ser emendadas.
Apresenta vibrações.
Devem ser armadas para o levantamento e o transporte.
Dificuldade de cravação em solos compactados.
Características executivas:
Na cravação serão utilizados bate-estacas dimensionados para o diâmetro das
estacas e a profundidade a serem atingidas, com martelo apropriado para esse
fim.
Na escolha de bate estaca por gravidade deverá ser observado a altura máxima
de queda de 1,50m e o martelo deverá ter peso máximo igual a 1,5 vezes o peso
da estaca.
Durante a cravação a cabeça da estaca devera ser protegida por um cabeçote de
aço.
Na cravação o operador não deve seguir rigorosamente as profundidades
determinadas em projeto e sim cravar a estaca até que ocorra a “ nega” .
Emendas, no projeto deverão ser dimensionadas o tamanho das estacas afim de
se evitar emendas mas no caso de ocorrência da mesma poderá ser efetuada
com solda dos anéis de coroamento das estacas.
97
Tabela 24: Carga nominal estacas pré-moldadas
Fonte: www.estacasipr.com.br
2.3.8.11 Estacas Mega
Figura 44: Estaca mega aplicada
Fonte:www.perfurac.com.br
Tipo de estaca Dimensão (cm) Carga nominal (kN)
Pré-moldada vibrada Quadrada = 6,0 a 9,0 Mpa
20 x 20 25 x 25 30 x 30 35 x 35
250 400 550 800
Pré-moldada vibrada circular = 9,0 a 11,0 MPa
f 22 f 29 f 33
300 500 700
Pré-moldada protendida circular = 10,0 a 14,0 MPa
f 20 f 25 f 33
250 500 700
Pré-moldada centrifugada = 9,0 a 11,0 MPa
f 20 f 23 f 26 f 33 f 38 f 42 f 50 f 60 f 70
250 300 400 600 750 900 1.300 1.700 2.300
98
Características gerais:
Esse tipo de reforço consiste na instalação de pequenos elementos superpostos
compostos por peças de concreto armado vazado cravados através do emprego de macaco
hidráulico que reage contra a estrutura ou fundação já existente.
Pelo fato de serem introduzidas no terreno por meio de macacos hidráulicos e em
pequenos segmentos, esse tipo de reforço mostra-se bastante versátil, podendo ser executado
em locais pequenos e de difícil acesso ao pessoal e ao equipamento e sem induzir vibrações já
que, nesses locais, há risco de instabilidade devido à precariedade das fundações defeituosas.
Como as estacas são vazadas, é usual que ao final da instalação das mesmas e antes
de seu encunhamento contra a estrutura, sejam colocadas uma ou mais barras de aço em seu
interior e o mesmo preenchido com concreto para conferir certa continuidade entre os
segmentos.
Como os esforços aplicados pelo macaco hidráulico são elevados e as alvenarias não
são capazes de suportá-los, muitas vezes torna-se necessário executar vigas de concreto
armado sob as paredes ou embutidas nas mesmas.
Características executivas:
Determina-se a área onde será instalada a estaca mega
Inicia-se a retirada de todo solo até q abertura de uma área livre de pelo menos
1,5 metros ao lado da estaca a reforçar ou abaixo da viga baldrame.
Com o auxilio de um macaco hidráulico apoiado na estrutura inicia-se a
cravação das estacas mega, as estacas mega tem altura máxima de um
metro.Dimensões únicas de 50 x 22 (cm) ou de 50 x 26 (cm)
99
3 METODOLOGIA
O presente trabalho será baseado em uma revisão bibliográfica sobre o tema de
sondagem, onde foram contextualizados a origem dos solos, os variados modelos de
sondagem e as normatizações de execução, foram apresentados também os modelos de
fundações que podem ser adotados a partir da apresentação dos resultados da sondagem e das
cargas da construção que serão distribuídas as fundações.
Abordando de forma sucinta a importância da realização de uma sondagem correta
seguindo os procedimentos normatizados, dando ênfase na metodologia para elaboração de
cálculos e observâncias sobre o tipo de fundação.
Para exemplificar a importância da correta realização da sondagem no local a ser
construído, serão realizadas dois cálculos de fundação para dois laudos de sondagens
(sondagem modelo SPT (Standard Penetration Test)) realizados sobre um mesmo terreno, na
cidade de Bragança Paulista–SP destinado a construção de um prédio empresarial. Procedeu-
se a necessidade de uma segunda sondagem a partir da observância dos dados por um
engenheiro que aliado a sua experiência e técnica que desconfiando dos resultados
apresentados solicitou uma nova sondagem desta vez praticada por uma segunda empresa.
Na realização da nova sondagem foi realizado acompanhamento técnico e
respeitados rigorosamente os procedimentos normativos. Os dados apresentados no segundo
relatório são muito divergentes dos apresentados no primeiro relatório aonde coeficientes de
resistência chegaram a ser o dobro do coeficiente de resistência real, apresentados no segundo
relatório.
Para o estudo de caso será adotado uma fundação modelo sapata que será apoiada a
uma profundidade de 1 (um) metro. Sendo calculadas as áreas da sapata para a primeira
sondagem e respectivamente para a segunda sondagem. A partir da obtenção dos resultados
será analisado a carga máxima resistente do solo sobre a hipótese de se construir uma sapata
de acordo com o primeiro laudo de sondagem e os resultados de resistência obtidos no
segundo laudo de sondagem. Analisando os resultados obtidos será possível descrever se a
100
fundação apresentada suportará toda a carga do pilar ou não. Serão citados também possíveis
problemas relacionados a patologias.
3.1 Atrito e coesão do solo
Toda a fundação tem por finalidade distribuir toda a carga da estrutura para o solo.
O solo é um composto de rochas que sobre milhares de anos sofrendo atuação dos intempéries
fisicos como: elevação de temperatura; congelamento; cristalização de sais; atividades
biológicas, vento, e alguns intempéries químicos como: dissolução; carbonatação; hidratação
e hidrolise; oxidação e redução, foram sendo assim decomposta.
A rochas podem ser classificadas em três grandes grupos que são rochas
metamórficas, rochas sedimentares, e rochas magmáticas. As rochas magmáticas são
originadas diretamente do magma; rochas sedimentares são originadas através de rochas pré-
existentes através de fenômenos de intemperismo, e as rochas metamórficas que tem origem
de outras rochas podendo ser elas magmaticas, sedimentares ou até mesmo outras matrizes
metamórficas. São concebidas através de um processo envolvendo a atuação de temperaturas
e pressão diferentes das iniciais como as devido as mais diversas variedades de rochas. Dentro
desses três grupos principais existem inúmeras subdivisões.
Os solos possuem uma imensa variedade em seus aspectos físicos e químicos devido
aos diferentes exemplos de rochas existentes e sua maneira de decomposição. Durante a
sondagem SPT é possível se ter informações diretas sobre tensão admissível do solo e
apreciação tátil visual do solo, porem um detalhamento mais preciso se da com a coletar de
amostras do solo residual para analise em laboratório.
Foi o engenheiro americano Ralph Proctor que, em 1933, pela primeira vez,
estabeleceu a correlação entre os parâmetros que influem decisivamente na relação índice de
vazios, ou seja, o aumento do peso específico. Neste ano Proctor publicou uma série de
artigos divulgando o seu método de controle de compactação, baseado num novo método de
projeto e construção de barragens de terra compactada que estava sendo empregado na
Califórnia.
101
Porém foi através do critério de Terzaghi (1943) que as relações entre as particulas
do solo ficaram mais evidentes dando origem a equação S = c + σ . tg φ, sabemos que a
resistência à ruptura por cisalhamento de um solo depende alem da sobrecarga (σ), também
da coesão (c) e do ângulo de atrito interno (φ) sendo que estes, por sua vez, dependem do teor
de umidade e do índice de vazios. Em Mecânica dos Solos a parcela referente a coesão é
resultante, no caso das argilas, de forças internas de natureza elétrica, geradas entre as
partículas, de modo que a sua aproximação, resultante da compactação, ou seja, de um menor
índice de vazios, tende a aumentá-la. Por outro lado, diminui com o aumento do teor de
umidade, que, por sua vez, pela maior presença de água nos interstícios, tende a diminuir as
forças de natureza elétrica.
Já o aumento do atrito interno dependerá do atrito gerado entre as partículas e do seu
entrosamento, de forma que é fácil entender que a aproximação dos grãos é o seu melhor
arranjo, são resultantes de um baixo índice de vazios e de um teor de umidade adequado, que
não cause o distanciamento entre elas.
A impermeabilização do solo do aterro, dependendo do seu coeficiente de
permeabilidade, diminui indiretamente com o índice de vazios, isto é, quanto maior a redução
deste, menor a permeabilidade.
Um solo com baixo índice de vazios tem uma maior resistência a ruptura, pela
elevação do atrito interno entre as partículas e a diminuição das variações de volume, através
do melhor entrosamento entre elas.
3.2 Distribuição das cargas da estrutura no solo
A fundação atua distribuindo a carga da estrutura para o solo, que terá de suportar
sem que ocorra a ruptura por cisalhamento. Para que isso ocorra as fundações são divididas
em dois grupos profundas e rasas. As fundações profundas são geralmente adotadas quando se
tem cargas muito altas ou quando através da sondagem se identifica que as primeiras camadas
do solo possuem tensão admissível inferior a desejada. As fundações rasas são empregadas
para cargas e podem ser usadas em solo com tensão admissível inferior.
Nas fundações profundas são consideradas para efeitos de cálculo a resistência de
ponta onde ela se apóia e o atrito lateral, alguns modelos de fundação profunda podem ser
102
aplicadas abaixo do nível da água. Para efeito de calculo os valores de carga nominal das
fundações profundas são tabelados.
As fundações rasas atuam distribuindo a carga no solo por área de contato, ou seja, é
calculado uma área da sapata que seja suficiente para distribuir a carga da estrutura para o
solo, esse calculo se dá multiplicando um coeficiente de segurança (1,1) pela carga aplicada
na sapata e dividir o resultado pela tensão admissível do solo. A tensão admissível pode ser
encontrada no gráfico de sondagem SPT ou através da soma da quantidade de golpe
necessária para cravar os dois últimos 15 (quinze) centímetros do barrilhete.
A seguir estão apresentados os laudos de sondagem, em primeiro o relatório de
sondagem sem acompanhamento e em segundo o relatório de sondagem com
acompanhamento.
103
3.3 Relatório de sondagem com duvidoso acompanhamento técnico
Figura 45: Laudo de sondagem com duvidoso acompanhamento técnico
Fonte: Sondagem na cidade de Bragança Paulista-SP
104
3.4 Relatório de sondagem com acompanhamento técnico
Figura 46: Laudo de sondagem com acompanhamento técnico
Fonte: Sondagem na cidade de Bragança Paulista-SP
105
3.5.1 Calculo da Dimensão da sapata a partir do laudo da primeira
sondagem.
Carga média do pilar (N) = 1200kn
Considerar sapata apoiada a 1,00m de profundidade
Considerando o relatório da sondagem sem acompanhamento o valor de tensão do solo (nspt )
para profundidade de um metro é de 7,5 Kn/m²
Calculo área da sapata: A =
onde, N é a carga do pilar.
é a tensão admissível do solo.
Para o calculo da () utiliza-se do critério de Teixeira onde:
= 20 x nspt
Portanto: = 20 x 7,5
= 150 kn/m²
Área da sapata: A =
= 8,8m²
Adotando-se uma sapata quadrada obtemos o valor de uma das laterais através:
L =
Portanto: L= ⇒ 2,96 3,0 m
106
3.5.2 Calculo da Dimensão da sapata a partir do laudo da segunda
sondagem.
Carga média do pilar (N) = 1200kn
Considerar sapata apoiada a 1,00m de profundidade
Considerando o relatório da sondagem sem acompanhamento o valor de tensão do solo (nspt)
para profundidade de um metro é de 4,0 Kn/m²
Calculo área da sapata: A =
onde, N é a carga do pilar.
é a tensão admissível do solo.
Para o calculo da ( ) utiliza-se do critério de Teixeira onde:
= 20 x nspt
Portanto: = 20 x 4,0
= 80 kn/m²
Área da sapata: A =
= 16,50 m²
Adotando-se uma sapata quadrada obtemos o valor de uma das laterais através:
L =
Portanto: L= ⇒ 4,05 4,0 m
3.5.3 Comparativo entre os dimensionamentos das sapatas.
Como é possível observar nos dados apresentados pelo calculo da área da sapata no
primeiro caso obtemos uma sapata com dimensões 3,0 x 3,0 (m), já no segundo caso é obtido
uma sapata com dimensões de 4,0 x 4,0 (m).
107
Tendo em mente a seguinte situação onde fosse apenas considerado a primeira
sondagem adotando-se, portanto uma sapata de 3,0 x 3,0 , torna-se possível calcular a carga
máxima admissível, através da tensão admissível real obtida na segunda sondagem.
Nmáx = Asap. x (real)
Portanto: Nmáx= 9 x 80 ⇒ 720 Kn
A carga de aplicação no solo é de N = 1200 Kn e a carga máxima que o solo suporta é
de Nmáx= 720 Kn, uma carga equivalente a apenas 60% (sessenta por cento) da carga total.
Ocorrendo assim uma ruptura local do solo.
Esta obra estaria condenada a inúmeras patologias de trincas devido a recalques.
3.6 Cálculo do recalque
Os recalques elásticos ou imediatos são devidos a deformações elásticas do solo de
apoio de uma fundação, e ocorrem logo após a aplicação das cargas. A equação que
demonstra o recalque elástico pode ser descrita através da seguinte formula:
Si = . B
Iw
Si = recalque elástico
= tensão aplicada pela fundação
B = menor dimensão da sapata
μ = coeficiente de Poisson (valor tabela pagina 55)
ES = módulo de elasticidade do solo (valor tabela pagina 55)
Iw = fator de influência, dependente da forma e dimensões da sapata. (valor tabela pagina 54)
3.6.1 Cálculo do recalque estimado
Será calculado a seguir o recalque estimado para a construção de uma fundação de acordo e
especificações geotécnicas da primeira sondagem.
Dados: Sapata quadrada rígida
Silte argiloso arenoso, pouco compacto, vermelho com veios amarelos.
Si = ?
108
=
A = 9,00 m²
N = 1200 Kn
B = 3,0 metros
μ = 0,3
ES = 4,500 Kpa
Iw = 0,82
=
= 133,3 Kn/m² = 133,3 KPa
Si = 133,3 . 3,0
0,82
Si = 0,065m = 6,5cm
3.6.2 Cálculo do recalque real.
Será calculado a seguir o recalque real para a construção de uma fundação de acordo com a
calculada a partir da primeira sondagem, porem utilizando as especificações geotécnicas da
segunda sondagem.
Dados: Sapata quadrada rígida
Silte argiloso arenoso, mole, vermelho claro
Si = ?
=
A = 9,0 m²
N = 1200 Kn
B = 3,0 metros
μ = 0,3
ES = 2,000 Kpa
Iw = 0,82
109
=
= 133.3 Kn/m² = 133,3 KPa
Si = 133,3 . 3,0
0,82
Si = 0,15m = 15cm
A estrutura sofrera um recalque de 15 (quinze) centímetros no pilar posicionado sobre
aquele ponto de sondagem. É importante salientar sobre a diferença entre danos
arquitetônicos e danos estruturais. Danos arquitetônicos são aqueles causados por recalque
que apesar de não agradável visualmente são estruturalmente estáveis não oferecendo risco de
colapso da construção. Danos estruturais são gerados após uma movimentação da estrutura,
geralmente em casos de recalques e alem de desagradáveis visualmente oferecem risco de
colapso a estrutura devido ao fato do concreto e do aço estarem próximo ao seu estado de
limite de ruptura.
3.7 Patologias
Os danos causados por movimentos de fundações são agrupados por Skempton e
MacDonald, apud Teixeira & Godoy (1996), em três categorias principais:
1. Danos arquitetônicos, ou a aparência visual da construção. São aqueles visíveis ao
observador comum, causando algum tipo de desconforto: trincas em paredes, recalques de
pisos, desaprumo de edifícios, etc.
2. Danos a funcionalidade, ou ao uso da construção. O desaprumo de um edifício pode
causar problemas de desgaste excessivo de elevadores e inverter declividades de pisos e
tubulações. Recalques totais excessivos podem inverter declividade ou mesmo romper
tubulações, prejudicar o acesso, etc. Recalques diferenciais podem causar o emperramento de
portas e janelas, causar trincas por onde pode passar umidade, etc.
3. Danos estruturais. São aqueles causados a estrutura propriamente dita, podendo
comprometer sua estabilidade.
110
Como opção para amenizar os efeitos de patologias pode ser diminuída a carga dos
pilares como por exemplo trocar o telhado por um mais leve, alterar local do reservatório de
água, ou reforçando a fundação como por exemplo utilizando uma estaca mega.
3.6 Discussão de resultados
Com a obtenção dos dados anteriores observamos a importância do cumprimento das
normas de sondagem com a finalidade de se realizar uma investigação geológica verídica do
local da construção. Porem diversos descumprimentos dessas normas estão gerando laudos de
sondagem maquiados em seus resultados.
As falhas durante a realização da sondagem pode ser:
Perfuração inicial de um trecho superior ao especificado na norma: de
acordo com a NBR 6484/2001 artigo 6.2.1 A sondagem deve ser iniciada com
emprego do trado-concha ou cavadeira manual até a profundidade de 1 m,seguindo-se
a instalação até essa profundidade, do primeiro segmento do tubo de revestimento
dotado de sapata cortante. Nas sondagem onde não são seguidas essa normatização
ocorre uma perfuração inicial com trado helicoidal superior a 1 (um) metro atingindo
profundidades de até dois metros, esse procedimento geralmente é empregado quando
a empresa de sondagem age imprudência, com a finalidade de realizar a sondagem em
menos tempo.
Falta de manutenção no barrilhete: de acordo com a NBR 6484/2001
artigo 5.2.7 item b) o barrilhete amostrador deve ter seu corpo,deve ser perfeitamente
retilíneo, isento de amassamentos, ondulações, denteamentos, estriamentos, rebordos
ou qualquer deformação que altere a seção e rugosidade superficial, podendo ou não
ser bipartido longitudinalmente. Em barrilhetes deformados ocorre dificuldade de
cravação do mesmo assim gerando resultados alterados.
111
Corda do martelo inadequada: de acordo com a NBR 6484/2001 fica
normatizado a utilização de uma corda de sisal de 19mm a 25mm quando possível
utilizar corda de sisal tratada com óleo mineral para obter maior durabilidade. A corda
de sisal deve ser substituída assim que detectada qualquer indicio de desgaste ou
desfiamento da mesma. Na substituição adotar corda de mesmo diâmetro para que
facilite o encaixe no sulgo da roldana.
Inicio da lavagem com trepano: Conforme norma NBR 6484/2001
artigo 6.2.4 O avanço com trado é feito até atingir o nível de água ou quando o avanço
da perfuração com emprego do trado helicoidal for inferior a 50 mm após 10 min de
operação ou no caso de solo não aderente ao trado, passa-se ao método de perfuração
por circulação de água, também chamado de lavagem. O inicio precipitado da lavagem
do furo é outro fator que influência nos resultados de sondagem alterando os valores
de resistência e até mesmo por desviar a altura correta do nível d’ água.
Perda de energia na queda do martelo: Conforme norma NBR
6484/2001 artigo 6.3.10 Precauções especiais devem ser tomadas para que, durante a
queda livre do martelo, não haja perda de energia de cravação por atrito,
principalmente nos equipamentos mecanizados, os quais devem ser dotados de
dispositivo disparador que garanta a queda totalmente livre do martelo. A roldana por
onde se passa a corda deve estar bem lubrificada para evitar que ela trave. Durante a
queda do martelo é importante que o mesmo caia em queda livre evitando dissipar
energia com atritos.
Disparidade entre as alturas de queda do martelo: O martelo padrão
para sondagem tem peso de 65 quilos e golpeia a haste onde esta rosqueiada o
barrilhete amostrador com a energia gerada da queda livre do martelo a uma altura de
75 centímetros da cabeça da haste, onde esta localizada a cabeça de bater (peça
rosqueada na haste que recebera a energia do golpe do martelo) e transferira para a
haste e conseqüentemente ao barrilhete. Devido alguns equipamentos utilizados serem
112
quase totalmente manuais o serviço torna-se exaustivo para os operários, onde surge
ainda mais a necessidade de um técnico ou engenheiro acompanhando a sondagem
pois inicia-se uma seqüência de disparidade entre as alturas de queda do martelo o que
atinge diretamente os valores dos resultados do laudo.
Falta de levantamento topográfico: Em terrenos onde forem iniciadas
as sondagem e posteriormente será executada obra de terraplenagem é imprescindível
um levantamento topográfico da cota de inicio do furo de sondagem em relação a
algum objeto de fixo no local como por exemplo: tampa de boca de lobo. Esse detalhe
se faz importante após a execução da terraplanagem onde um novo levantamento
topográfico determinara a cota atual do terreno em relação a cota antes da
terraplenagem, assim tornando possível a determinação da cota final da sondagem.
113
4 Considerações finais
No estudo de caso tratado nesse trabalho tornam-se possível enfatizar a importância do
profissional qualificado para o acompanhamento da sondagem, eliminando assim a
possibilidade de utilização de material inadequado ao uso e também erros de procedimentos de
sondagem.
Com a expansão e o aquecimento no mercado da construção civil, novas empresas
estão nascendo para atender a essa linha do mercado que cresce a cada dia, porem, cada vez
mais estão se tornando precárias, a mão de obra qualificada e que domine os procedimentos
normativos, corretamente.
Deve-se tomar medidas preventivas referentes à realização de sondagem. O processo
da sondagem pode ser falho quando não for acompanhado de perto, sob um controle rigoroso
de qualidade, com procedimentos, normas, fichas de verificações, visando a qualidade final do
relatório a ser apresentado sobre a investigação geológica do terreno.
A sondagem constitui a etapa de menor custo em uma construção e praticamente a
mais importante. Através da sondagem o engenheiro terá suas diretrizes para a escolha da
fundação mais adequada para aquela construção.
Assim a sondagem ajudará a compor os indices que influenciam tanto na “vida útil” da
construção quanto em sua “durabilidade”. Com uma sondagem precisa, o engenheiro terá as
diretrizes necessárias para a escolha da fundação mais adequada, assim sendo, se optado por
uma fundação profunda, determinará as cotas de apoio e diâmetros e se adotado fundação rasa,
escolhera sua cota de apoio e sua área.
De acordo com Silva (2001), os termos “vida útil”, e “durabilidade” estão tão
próximos, que são utilizados de maneira equivocada. A durabilidade é uma qualidade da
estrutura, e a vida útil é a quantificação dessa qualidade.
Com base nos resultados da sondagem o engenheiro determina a fundação adequada
para aquele tipo de solo. Como pode ser acompanhado no caso estudado acima a primeira
sondagem apresenta um solo com resistência suficiente para ser adotado uma fundação rasa, o
que é contrariado na da segunda sondagem. Sendo considerada apenas a primeira sondagem
com resultados inconsistentes, a fundação adotada conseqüentemente não será capaz de
114
distribuir toda a carga ao solo devido ao fato do solo possuir uma resistência inferior. Os
cálculos de dimensionamento de sapata realizados para ambas as sondagens, verifica-se que
para a segunda sondagem a área é praticamente o dobro da área da sapata da primeira
sondagem. Caso a obra fosse executada com base na primeira sondagem, portanto com uma
sapata de tamanho relativamente menor que o necessitado. È possível através de cálculos de
carga máxima admissível e dados fornecidos pela segunda sondagem, que o solo apresenta
uma resistência de apenas 60 (sessenta) por cento da carga solicitada. Com o
superdimensionamento da carga na fundação o solo deverá atuar sobre o efeito de recalque ou
até mesmo ocorrer uma ruptura do solo por cisalhamento.
O mau dimensionamento de uma fundação pode comprometer toda a estrutura em
questão, através de recalques excessivos e assim dando origem a problemas patológicos como
trincas que podem ser classificadas desde níveis apenas arquitetônicos até níveis mais sérios
como comprometer toda a estrutura em questão.
Os problemas patológicos podem ser gerados em alguns casos através da
movimentação da estrutura geralmente por recalques. Em toda a construção é calculado um
recalque dentro de uma faixa de segurança que quando ultrapassadas devem ser corrigidos
ainda em projeto mudando-se o tipo de fundação ou diminuição das cargas aplicadas. Como
pode ser observado no estudo de caso tratado acima o recalque estimado para a estrutura,
estava dentro dos limites de segurança porém, o recalque real calculado com os dados da
segunda sondagem demonstram um recalque acima do dobro calculado a principio o que será
responsável por gerar danos patológicos estruturais.
Por fim, é notável dizer que, mesmo com o avanço diário da tecnologia, os
responsáveis técnicos ainda estão precisando estar mais qualificados para que assim possam
fazer uso dessa tecnologia a seu favor como exemplo pode-se citar outros modelos de
sondagem como sondagens de cone tipo CPT e SCPT. Sondagens essas que ainda partem de
custos mais altos do que as sondagem SPT, e necessitam de mão de obra mais qualificada, um
grande problema já citado anteriormente.
115
5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS
Alonso, U. R. (1983), Exercícios de Fundações, Editor Edgard Blücher Ltda., São Paulo.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 9813/87. Solo-
determinação de massa especifica aparente in situ com emprego de cilindro de cravação
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 7185/86. Determinação da
massa específica aparente, in situ, com o emprego do frasco de areia.
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