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UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO A IMPORTÂNCIA DA OBSERVÂNCIA DOS PROCEDIMENTOS DAS NORMAS DE SONDAGEM ITATIBA 2011 Danilo José Marchi Alves

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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

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ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 9813/87. Solo-

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