dimensionamento de fundaÇÃo profunda: estudo de caso … · 2019. 3. 12. · rasas e profundas, e...

FACULDADE DO NOROESTE DE MINAS – FINOM PATOS DE MINAS

CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA

JOÃO PAULO DE CARVALHO SANTOS

DIMENSIONAMENTO DE FUNDAÇÃO PROFUNDA: estudo

de caso de uma obra em Patos de Minas

PATOS DE MINAS - MG

2017




Trabalho de conclusão de curso de Graduação apresentado a FINOM como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel(a) em Engenharia Civil.

Orientador: (Prof. Esp. Vinícius Vieira Sousa)

PATOS DE MINAS - MG

2017




Trabalho de conclusão de curso de graduação apresentado a Faculdade do Noroeste de Minas Campus Patos de Minas como requisito parcial para a obtenção

do título de Bacharel(a) em Engenharia.

Aprovado em: ____ de _______ de _____.

BANCA EXAMINADORA

__________________________________________

Marinada Mota Pereira- FINOM

__________________________________________

Esp. Junio Fábio Ferreira - FINOM

__________________________________________

Esp. Vinícius Vieira Sousa - FINOM (orientador)

Não temas, porque eu sou contigo; não te

assombres, porque eu sou teu Deus; eu

te fortaleço, e te ajudo, e te sustento com

a destra da minha justiça. (Isaías 41:10)

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente a Deus, por ser essencial em minha vida, autor de meu destino, e meu guia.

A minha mãe Claudia, meu pai João, minha tia Andreia, meus irmãos Rafael e Juliana, minha sobrinha Sônia, minha namorada Clara, minha vó Sônia, “In Memorian” e toda minha família que com muito carinho e apoio, não mediram esforços para que eu chegasse a essa etapa de minha vida.

Ao meu orientador e professor Vinícius, pelas aulas ministradas, que gentilmente me orientou com a metodologia, livros, sugestões e seus conhecimentos.

Meus agradecimentos aos amigos de curso, que se tornaram também companheiros, e todos meus outros amigos, que de alguma forma contribui para minha formação.

A todos os professores e professoras desta graduação, por me proporcionar o conhecimento não apenas racional, mas a manifestação do caráter e efetividade da educação no processo de formação profissional.

RESUMO

Fundação é o elemento constituído pela parte estrutural (sapata ou estaca), e

pelo maciço de solo que envolve essa estrutura. Elas podem ser classificadas em

rasas e profundas, e se diferenciam por sua profundidade no terreno. Para saber

qual melhor tipo de fundação a ser empregado em uma edificação, é necessário

conhecer o tipo de solo presente no local, e as ações que as mesmas estão

submetidas.

Os procedimentos utilizados neste trabalho foram feitos por meio de um

estudo de caso realizado em um edifício em Patos de Minas, onde o mesmo foi

executado com fundação do tipo profunda. Foram analisadas as cargas

descarregadas pelos pilares da edificação e as sondagens feitas no terreno, na

quala partir dessas informações, foram feitos cálculos por meio de métodos

semiempíricos, onde se constatou uma boa economia no número de estacas.

Palavras chave: fundação, estrutura, estaca, solo,sondagem, economia.

ABSTRACT

Foundation and element constituted by the structural technique (shoe or

stake), and by the mass of soil that surrounds this structure. They can be classified

as shallow and deep, and are differentiated by their depth on the ground. To know

the best type of foundation with the employee employed in a building, it is necessary

to know the type of non-local present soil and how actions are in them.

The work used in the work was done through a case study carried out in a

building in Patos de Minas, where the same one was executed with foundation of the

deep type. They were analyzed as loads distributed by building pillars and as surveys

made without land, in which from information, as calculated by means of

semiempírical methods, where it was found a good economy not number of stakes.

Keywords: foundation, structure, stake, soil, polling, economy.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Sistema de sondagem a percussão (SPT)...............................................14

Figura 2 – Estaca de madeira....................................................................................16

Figura 3 – Tipos de estacas metálicas.......................................................................17

Figura 4 – Formas de estacas pré-moldadas de concreto.........................................17

Figura 5 – Formas de cravação estaca tipo mega.....................................................18

Figura 6 – Execução de estaca tipo Franki................................................................19

Figura 7 – Execução de estaca tipo Strauss..............................................................19

Figura 8 – Execução de estaca tipo hélice continua..................................................20

Figura 9 – Trado da estaca ômega............................................................................21

Figura 10 – Trado da estaca atlas..............................................................................21

Figura 11 – Escavação e concretagem de tubulão a céu aberto...............................22

Figura 12 – Equipamento utilizado em tubulão a ar comprimido...............................23

Figura 13 – Execução de estaca tipo broca...............................................................24

Figura 14 – Equipamento de escavação estaca escavada com trado mecânico......25

Figura 15 –Execução de estaca do tipo raiz..............................................................25

Figura 16 – Locação dos furos...................................................................................30

Figura 17 – Furo 1......................................................................................................31

Figura 18 – Furo 2......................................................................................................32

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Espessura de compensação de corrosão em estacas metálicas............16

Tabela 2 – Coeficiente K e razão de atrito α..............................................................27

Tabela 3 – Fatores de correção F1 e F2....................................................................27

Tabela 4 – Valores do fator α em função do tipo de estaca e do tipo de solo...........28

Tabela 5 – Valores do fator β em função do tipo de estaca e do tipo de solo...........28

Tabela 6 – Coeficiente característico do solo C.........................................................29

Tabela 7 – Valores do parâmetro α............................................................................29

Tabela 8 – Valores do parâmetro β............................................................................30

Tabela 9 – Capacidades de cargas obtidas do furo 1 (fundação escavada com trado

mecânico diâmetro de 30 cm e profundidade de 6m)................................................33

Tabela 10 – Capacidades de cargas obtidas do furo 2 (fundação escavada com

trado mecânico diâmetro de 30 cm e profundidade de 6m).......................................33

Tabela 11 – Resistência admissível média (caso 1)..................................................33

Tabela 12 – Cargas máximas dos pilares e quantidade de estacas necessárias

(caso1)........................................................................................................................34





Tabela 15 – Resistência admissível média (caso 2)..................................................35

Tabela 16 – Cargas máximas dos pilares e quantidade de estacas necessárias (caso

2)................................................................................................................................35

Tabela 17 – Valores do parâmetro α..........................................................................36

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

NBR Norma Brasileira de Regularização

SPT Standard Penetration Test

NSPT Índice de resistência a penetração no solo

RCapacidade de carga

RP Resistência de ponta

RL Resistência lateral

KCoeficiente do tipo de solo

KN Kilo Newtons

Tf Toneladas força

NPÍndice de resistência à penetração na cota de apoio

F1 e F2Fatores de correção

APÁrea da seção transversal da estaca

UPerímetro da seção transversal da estaca

αCoeficiente de razão de atrito

NL Índice de resistência à penetração médio na camada de solo

�L Espessura da camada de solo CCoeficiente característico do solo

ΑFator em função do tipo de estaca e do tipo de solo

βFator em função do tipo de estaca e do tipo de solo

LEspessura da camada de solo

αValores relacionados ao tipo de Estaca e o tipo de solo

βValores relacionados ao tipo de estaca

RadmResistência admissível

FS Fator de segurança

RadmmResistência admissível média

SETOP Secretaria de Estado de Transportes e Obras Públicas

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ................................................................................................. 12

2 REFERÊNCIAL TEÓRICO .............................................................................. 13

2.1 Definição ..................................................................................................... 13

2.2 Investigação do subsolo ........................................................................... 13

2.3 Ações nas fundações ................................................................................ 15

2.4 Principais tipos de fundações .................................................................. 15

2.4.1 De deslocamento ....................................................................................... 15

2.4.1.1 Estacas de madeira ....................................................................... 15

2.4.1.2 Estacas metálicas .......................................................................... 16

2.4.1.3 Estacas pré-moldadas de concreto ............................................. 17

2.4.1.4 Estaca cravada por prensagem (Mega) ....................................... 18

2.4.1.5 Estaca Franki ................................................................................. 18

2.4.1.6 Estaca Strauss ............................................................................... 19

2.4.2 De substituição .......................................................................................... 20

2.4.2.1 Estaca tipo hélice continua .......................................................... 20

2.4.2.2 Tubulões ........................................................................................ 22

2.4.2.2.1 Tubulão a céu aberto .............................................................. 22

2.4.2.2.2 Tubulão a ar comprimido ....................................................... 23

2.4.2.3 Estaca tipo broca ........................................................................... 24

2.4.2.4 Estaca escavada com trado mecânico ........................................ 25

2.4.2.5 Estaca raiz ...................................................................................... 26

4 METODOLOGIA .............................................................................................. 26

4.1 Estudo de caso .......................................................................................... 27

4.2 Métodos semiempíricos para o dimensionamento de fundações

profundas ............................................................................................................. 27

4.2.1 Método Aoki-Velloso (1975) ...................................................................... 27

4.2.2 Método Décourt-Quaresma (1996) ............................................................ 29

4.2.3 Método Teixeira (1996) .............................................................................. 30

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................... 31

5.1 Caso 1 ......................................................................................................... 34

5.2 Caso 2 ......................................................................................................... 37

6 CONCLUSÃO .................................................................................................. 40

7 REFERÊNCIAS ............................................................................................... 40

12

1 INTRODUÇÃO

Fundação é o elemento estrutural (infraestrutura) da qual tem a função de

transmitir as cargas provindas da superestrura para o solo. Existem vários tipos de

fundações, e sua escolha vai depender das cargas da edificação, resistência do solo

e da combinação de numerosos elementos.

Todas as obras de engenharia se assentam sobre o terreno, assim a

fundação é uma parte fundamental de qualquer estrutura. Desde o início de uma

obra, é muito importante saber o tipo de terreno presente no local, pois o solo é um

material natural heterogêneo de diferentes propriedades e comportamentos.

Para saber o tipo de solo existente no local são feitos ensaios geotécnicos

para determinar a resistência, nível do lençol freático, e vários outros fatores

relacionados ao solo. Deve ser feito uma sondagem preliminar a percussão em toda

obra de engenharia que se assenta sobre o solo, dependendo das características do

solo, devem ser feitas ainda investigações complementares.

Nem sempre o projeto de fundações é calculado por um especialista em

geotecnia, quando se trata de obras com pequenas cargas (residências e pequenos

edifícios), e um solo com boa resistência, esse projeto é calculado pelo próprio

engenheiro estrutural.

Para o dimensionamento de fundações, é de suma importância, o

conhecimento de vários fatores. Sendo assim, neste trabalho abordam-se aspectos

como: definição de fundações, investigação do subsolo, ações nas fundações,

principais tipos de estacas, e métodos empíricos para o dimensionamento das

mesmas.

O aspecto econômico é fundamental em projetos, por isso deve-se analisar

qual o melhor método a ser utilizado. Por isso, é muito importante que o engenheiro

projetista tenha conhecimento dos tipos de fundações disponíveis na região, para

que assim, ele possa escolher o método mais econômico com o propósito de

atender as necessidades da obra.

O objetivo geral desta pesquisa érealizar um estudo de caso na fundação de

um determinado edifício, e mostrar se o tipo de fundação empregado foi realmente o

mais econômico e viável.

Tem-se como objetivos específicos:

• Examinar a investigação do subsolo através do ensaio de

simplesreconhecimento SPT;

13

• Analisar as cargas descarregadas pelos pilares da edificação;

• Realizar cálculos utilizando métodos semiempíricos.

2 REFERÊNCIAL TEÓRICO

2.1Definição

As fundações são classificadas em superficiais ou rasas, e fundações

profundas. Elas se diferenciam pela sua profundidade de assentamento e a

transferência de carga para o solo. Sendo que as rasas têm que possuir uma

profundidade menor que duas vezes sua menor base, e transferem sua carga para o

solo através de sua base (resistência de ponta).

Conforme a NBR 6122/2010, as profundas devem sua ponta ou base estar

assente em profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão em planta, e no

mínimo 3,0 m, e transmite a carga ao terreno pela base (resistência de ponta) ou por

sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas. Nesse

tipo de fundação incluem-se as estacas e os tubulões. As profundas ainda se

dividem em cravadas, e escavadas, podendo ser pré-fabricadas e moldadas in loco

respectivamente.

De acordo com o processo executivo, as estacas podem ser separadas

conforme seu efeito no solo:

De deslocamento, onde estariam as estacas cravadas em geral, uma vez que o solo no espaço que a estaca vai ocupar é deslocado (horizontalmente), e de substituição, onde estariam as estacas escavadas em geral, uma vez que o solo no espaço que a estaca vai ocupar é removido, causando algum nível de redução nas tensões horizontais geostáticas. (VELLOSO, 2010).

2.2Investigação do subsolo

O primeiro passo para o dimensionamento de fundações é o reconhecimento

inicial da área, que consiste na visita do local onde será construído, seguido

datopografia da área, dados da estrutura que irá ser construída, estados

dasconstruções vizinhas, dados geológicos e geotécnicos, entre outros.

O mais importante dos passos é a investigação geológica e geotécnica do

solo, onde consiste na sondagem do terreno.Essa investigação tem que ser bastante

minuciosa e muito bem executada, onde deve possuir uma equipe muito bem

qualificada para executar esse tipo de serviço.Uma investigação abundantemente

apurada e bem detalhada, é o fator principal para alcançaruma boa eficiência

naescolha do tipo de fundação e na sua economia.

14

O solo é um material da crosta terrestre que não oferece resistência intransponível a escavação mecânica, podendo ser escavado através de pá, picareta, escavadeira, etc, sem necessidade de explosivos, e que perde totalmente a resistência quando em contato prolongado com água. (VARGAS, 1977).

Para construção de qualquer obra apoiada sobre o solo, deve ser feito uma

investigação geológica preliminar no local onde a mesma será instalada, geralmente

a ferramenta mais conhecida é o SPT.“O Standard Penetration Test é

reconhecidamente, a mais popular, rotineira e econômica ferramenta de

investigação geotécnica em praticamente todo o mundo”. (SCHNAID;

ODEBRECHT).Essa sondagem de simples reconhecimento do solo tem a funçãode

fornecer a identificação do perfil do terreno, classificação do solo, nível do lençol

freático, e o índice de resistência NSPT, que representa resistência à penetração

medido em cada metro do solo.

O ensaio de sondagem a percussão SPT, consiste da cravação de um

amostrador de dimensões padronizadas no solo,que coleta amostras do mesmo a

cada metro de profundidade. A cravagem é feita por golpes de um martelo com

massa de 65 quilogramas, onde o mesmo é solto em queda livre, a uma altura

correspondente de 75centímetros.A execução deve seguir a NBR 6484/1980.

O sistema de sondagem é composto por um amostrador padrão, haste,

cabeça de bater, tripé, corda e roldana, como mostrado na Figura 1.

Figura 1 – Sistema de sondagem a percussão (SPT)

Fonte:<http://www.forumdaconstrucao.com.br/conteudo.php?a=9&Cod=126>09/06/2017 às 15:32.

15

2.3Ações nas fundações

No Brasil, a norma NBR 8681/1984, classifica as ações nas estruturas em

permanentes, variáveis e excepcionais.

As fundações sofrem várias ações, podendo ser provenientes da

superestrutura, decorrentes do terreno, da água superficial e subterrânea, peso

próprio das fundações, atrito negativo entre outros. Os tipos de cargas para o cálculo

de estruturas de edificação são encontrados na NBR 6120/1980.

2.4Principais tipos de fundações

As estacas são elementos de fundações profundas feitas por madeira, aço,

concreto pré-moldado, concreto moldado in loco, aço ou mistas, isso quando se

junta dois ou mais materiais citados anteriormente.Além disso, elas se dividem em

de deslocamento e de substituição, podendo ser pré-fabricadas e moldadas in loco

respectivamente.

2.4.1De deslocamento

Nesse grupo encontra-se as estacas cravadas em geral, onde sua cravação é

feita por meio de um equipamento a percussão, e o solo onde localiza-se à estaca é

deslocado horizontalmente.

2.4.1.1 Estacas de madeira

As estacas de madeira são constituídas por troncos de árvores retilíneos de

acordo com a Figura 2. Antes de sua cravação no solo, a mesma tem que passar

por um processo de preparação em suas extremidades, superfície lateral, e

tratamento com produtos preservativos. De acordo com Tomlinson (1994), a

madeira, para ser utilizada em estacas deve conservar o alburno, elemento que

absorve bem o creosoto e outros preservativos, mas a casca deve ser removida.

Não é aconselhável usar esse tipo de estaca em regiões onde o lençol

freático sofre grandes mudanças durante o ano. Se tiver de penetrar ou atravessar

solos mais resistentes, sua ponta deve ser protegida por uma ponteira de aço, e sua

cabeça deve ser protegida por um capacete ou um anel. Geralmente essas estacas

são utilizadas no Brasil em obras provisórias, visto que possui um custo bem

acessível.

16

Figura 2 – Estaca de madeira

Fonte:<http://www.brasil.geradordeprecos.info/obra_nova/Fundacoes/Profundas/Estacas_pre-

fabricadas/Estaca_de_madeira.html>29/07/2017 às 21:32. 2.4.1.2Estacas metálicas

As estacas de aço apresentam diversas formas conforme a Figura 3, podendo

ser feitas de perfis laminados ou soldados, isolados ou associados, tubos, e até

mesmo trilhos de ferrovias. São fabricadas de várias formas e dimensões, além de

ser mais fáceis de cravar do que as estacas de madeira ou de concreto pré-

moldado,eatravessam camadas mais compactas do solo. Quando estão totalmente

enterradas, dispensam qualquer proteção contra corrosão, quando possuem um

trechodesenterrado, necessita de uma proteção, geralmente feito por um

encamisamento de concreto.

Em relação à corrosão, a norma brasileira NBR 6122/2010 prescreve que

estacas de aço total e permanentemente enterradas, independentemente da

situação do lençol d’água, dispensam tratamento especial, desde que seja

descontada a espessura indicada naTabela 1.

Tabela 1- Espessura de compensação de corrosão em estacas metálicas Classe Espessura de sacrifício(mm)

Solos naturais e aterros controlados 1.0

Solos turfosos 3.0

Aterros não controlados 2.0

Solos contaminados¹ 3.2

¹ Casos de solos agressivos deverão ser estudados especificamente.

Fonte: NBR 6122/2010.

Figura 3

Fonte:<http://www.fundacoesgeobrasil.com.br/servicosmet.html 2.4.1.3Estacas pré-moldadas de concreto

De todos os materiais de construção, o concreto é aquele que melhor se presta à confecção de estacas, graças a sua resistência aos agentes agressivos, e suportam muito bem as alternâncias de secagem e umedecimento. (VELLOSO, 2011)

Este tipo de material permite ser utilizado em estacas de peque

capacidade de carga,geralmente são moldadas em indústrias,

quanto à confecção e quanto à armadura, podendo ser confeccionada de concreto

vibrado, concreto centrifugado ou extrusão, e possuir suaarmação de concreto

armado ou protendido, respectivamente.

A vantagem dessetipo de estaca se comparando com as moldadas

a boa qualidade do concreto

possui uma qualidade superior ao concreto feito em

As estacas de concreto pré

4 mostra as seções mais típicas desse tipo de estaca.

Figura 4 – Formas de estacas pré

Fonte:<https://pt.slideshare.net/feonoliveira/estacas

Figura 3 – Tipos de estacas metálicas

http://www.fundacoesgeobrasil.com.br/servicosmet.html>29/05

moldadas de concreto

De todos os materiais de construção, o concreto é aquele que melhor se presta à confecção de estacas, graças a sua resistência aos agentes agressivos, e suportam muito bem as alternâncias de secagem e umedecimento. (VELLOSO, 2011).

Este tipo de material permite ser utilizado em estacas de peque

geralmente são moldadas em indústrias,


rifugado ou extrusão, e possuir suaarmação de concreto

respectivamente.

A vantagem dessetipo de estaca se comparando com as moldadas

a boa qualidade do concreto utilizado para sua fabricação, pois o concreto usinado

uma qualidade superior ao concreto feito em obra, na betoneira.

As estacas de concreto pré-moldado podem possuir diversas formas, a

mostra as seções mais típicas desse tipo de estaca.

Formas de estacas pré-moldadas de concreto

https://pt.slideshare.net/feonoliveira/estacas-35836063>30/05

17

29/05/2017 às 22:26.

De todos os materiais de construção, o concreto é aquele que melhor se presta à confecção de estacas, graças a sua resistência aos agentes agressivos, e suportam muito bem as alternâncias de secagem e

Este tipo de material permite ser utilizado em estacas de pequena e grande

geralmente são moldadas em indústrias, elas se classificam


rifugado ou extrusão, e possuir suaarmação de concreto

A vantagem dessetipo de estaca se comparando com as moldadas in loco, é

, pois o concreto usinado

betoneira.

moldado podem possuir diversas formas, a Figura

moldadas de concreto

30/05/2017 às 20:58.

18

2.4.1.4Estaca cravada por prensagem (Mega)

Tipo de fundação em que a própria estaca ou um molde é penetrado no

terreno por meio de um macaco hidráulico, é bastante utilizada para reforço de

fundações, assim como podem ser empregas como fundações normais. A vantagem

de se utilizar esse tipo de estaca em fundações convencionais, é que a mesma evita

vibrações no terreno. A Figura 5 mostra as possíveis formas de sua cravação.

Figura 5 – Formas de cravação tipo estaca mega

Fonte:<https://pt.linkedin.com/pulse/funda%C3%A7%C3%B5es-rafael-bergjohann>30/05/2017 às

21:22. 2.4.1.5Estaca Franki

As estacas tipo Franki são moldadas in loco através da cravação de um tubo

suprido com areia e pedra, formando uma bucha na ponta inferior da mesma. Esse

tubo é socado por um pilão com peso entre 1 a 4 toneladas sobre a bucha, até

atingir a profundidade estabelecida. A bucha forma uma espécie de vedação,

impedindo a entrada de solo e água no tubo.

A execução é a etapa em que sucede a expulsão da bucha e a efetivação da

base alargada. Enquanto o tubo é erguido, solta-se o pilão de uma altura maior,

socando e expulsando a bucha, após essa expulsão, é introduzido concreto magro

sobre golpes do pilão, formando uma base alargada com dimensões maiores que o

fuste da estaca. Existe também a estaca do tipo Franki mista, onde coloca-se um

19

fuste pré-moldado, ancorado por vergalhões em uma base alargada pelo mesmo

processo Franki. A Figura 6 mostra o passo a passo de sua execução.

Figura 6 – Execução de estaca tipo Franki

Fonte:<http://construcaomercado.pini.com.br/negocios-incorporacao-construcao/146/artigo299192-1.aspx>31/05/2017 às 00:29.

2.4.1.6Estaca Strauss

Segundo (JOPPERT,2007) as estacas moldadas no local, tipo Strauss, são

executadas com revestimento metálico recuperável de ponta aberta, para permitir a

escavação do solo que é feita com auxílio de uma sonda. Seu equipamento

écomposto por um tripé com guincho, pilão, uma ferramenta para escavação e um

tubo de revestimento.

Sua execução é similar ao das sondagens a percussão, onde se desce um

tubo de revestimento no terreno, e quando atingido a cota de assentamento, é feito

uma escavação no interior do tubo com uma ferramenta chamada de piteira, logo

após essa escavação, enche-se o tubo com uma certa quantidade de concreto que é

apiloado à medida que se retira o tubo.Sua execução é de acordo com a Figura 7.

Figura 7 – Execução de estaca tipo Strauss

20

Fonte:<http://construcaomercado.pini.com.br/negocios-incorporacao-construcao/146/artigo299192-

2.aspx>31/05/2017 às 22:11. 2.4.2De substituição

Nesse grupo encontra-se as estacas escavadas em geral, onde sua

escavação é feita geralmente por meio de diferentes tipos de trados mecanizados ou

manuais, onde o solo que situa-se à estaca, é removido para a ocupação da mesma.

2.4.2.1Estaca tipo hélice continua

A norma NBR 6122/2010, descreve esse tipo de fundação como estaca

moldada in loco executada por meio de um trado helicoidal, que é inserido no

terreno por rotação, e injeção de concreto pela própria haste central do trado. O

concreto utilizado nesse tipo de estaca, tem que ser bombeado ininterruptamente ao

mesmo tempo que à hélice é retirada, e à armadura só é devidamente inserida após

o processo de concretagem.

A Figura 8, mostra como é seu processo de execução.Além da convencional

hélice continua dita acima, existem mais dois tipos de estacas que se enquadram

nesse grupo: à ômegae à atlas, de acordo com as Figuras 9 e 10 respectivamente.

Elas se diferenciam pelo emprego de trados especiais, e o modo de deslocamento

do solo. Para esse tipo de estaca excepcionalmente, (VAN IMPE, 1955; VIGGIANI,

1993) sustenta que, se no processo executivo houver deslocamento lateral do solo

para criar espaço da estaca, a mesma pode ser apontada como uma estaca “sem

deslocamento” ou “de pequeno deslocamento”.

Figura 8 – Execução de estaca tipo hélice continua

Fonte:<http://www.geofix.com.br/servico

Fonte:<http://docplayer.com.br/321100

http://www.geofix.com.br/servico-ehc.php>31/05/2017 àFigura 9 – Trado da estaca ômega

http://docplayer.com.br/321100-Estacas-helice-continua-e-omega.html23:44.

Figura 10 – Trado da estaca atlas

21

às 23:35.

omega.html>dia 31/05/2017 às

Fonte: <http://docplayer.com.br/3211002.4.2.2Tubulões

Tubulões são elementos estruturais da fundação que transmitem a carga

solo por compressão, através da escavação de um fuste cilíndrico e uma base

alargada, e pode ser feito à céu aberto ou sob ar comprimido.

2.4.2.2.1Tubulão a céu aberto

É um tipo de fundação profunda que apresenta fuste cilíndrico e base

alargada, sendo esse alargamento na forma circular ou elíptico. Os tubulões são

executados com a abertura manual ou mecânica, sucedendo que sua base seja

alargada por um operário. Não é necessário a utilização de fôrmas ou armaduras na

base, em terrenos com baixa resistên

paredes (revestimento) de concreto ou metálico. Sua concretagem pode ser feita a

seco ou embaixo d’água, onde o concreto é lançado da altura da superfície do

terreno ou emitido por uma tremonha respectivamente

deve ser feito sua escavação e sua concretagem.

Figura 11 – Escavação e concretagem de t

http://docplayer.com.br/321100-Estacas-helice-continua-e-omega.html

Tubulões são elementos estruturais da fundação que transmitem a carga


alargada, e pode ser feito à céu aberto ou sob ar comprimido.

Tubulão a céu aberto


esse alargamento na forma circular ou elíptico. Os tubulões são



base, em terrenos com baixa resistência é necessário a aplicação de um reforço nas



terreno ou emitido por uma tremonha respectivamente. A Figura 11,

deve ser feito sua escavação e sua concretagem.

Escavação e concretagem de tubulão a céu aberto

22

omega.html> 31/05/2017 às 23:43.

Tubulões são elementos estruturais da fundação que transmitem a carga ao



esse alargamento na forma circular ou elíptico. Os tubulões são



cia é necessário a aplicação de um reforço nas



igura 11, mostra como

ubulão a céu aberto

23

Fonte:<http://docslide.com.br/documents/tubulao-a-ceu-abertodocx.html>dia 06/06/2017 às 14:00.

2.4.2.2.2Tubulão a ar comprimido

Este tipo de fundação é utilizado quando existe água, é executado em

grandes profundidades e seu fuste tem que ser revestido e empregar ar comprimido,

o equipamento utilizado constitui de uma câmara de equilíbrio e um compressor,

conforme a Figura 12. Nesta situação, a injeção de ar comprimido nos tubulões

impede a entrada de água, pois a pressão interna é maior que a pressão da água.

Esses tubulões são encamisados com camisas de concreto ou de aço. No

caso de camisa de concreto, a cravação da camisa, abertura e concretagem são

feitas sob ar comprimido, pois o serviço é feito manualmente. Se a camisa é de aço,

a cravação é feita a céu aberto com auxílio de um bate estaca,onde a abertura e a

concretagem do tubulão são feitos a ar comprimido.

24

Figura 12 – Equipamento utilizado em tubulão a ar comprimido

Fonte:<http://infraestruturaurbana.pini.com.br/solucoes-tecnicas/20/artigo271662-3.aspx>dia

06/06/2017 às 14:02.

2.4.2.3Estaca tipo broca

São estacas executadas in loco sem molde, sua perfuração no terreno é feita

com auxílio de um trado manual (diâmetro de 15 a 30 cm), sendo o furo em seguida

preenchido com concreto apiloado,como mostra a Figura 13. O trado utilizado para a

escavação pode ser o de concha ou o helicoidal. A perfuração é feita por

rotação/compressão do trado, seguindo-se da retirada do solo que fica dentro do

furo durante a escavação.

Este tipo de fundação é empregado somente em obras de pequenas cargas,

com profundidade de aproximadamente 4,0 metros, e sua execução é feita

normalmente pelo pessoal da própria obra.

Figura 13 – Execução de estaca tipo broca

25

Fonte: <http://engcarlos.com.br/brocas-manuais/> dia 06/06/2017 às 14:05.

2.4.2.4Estaca escavada com trado mecânico

É aquela que possui seção circular e executada por escavação mecânica com

equipamento rotativo, deve ser empregada em lugares onde o solo ofereça

resistência sem necessidade do uso de revestimento, e sua profundidade de

assentamento tem que ser acima do nível do lençol freático.

O equipamento de escavação consiste em uma mesa rotativa, que tem

acoplada um trado espiral, conforme a Figura 14. À medida que penetra no solo por

rotação, a ferramenta enche gradualmente e, quando cheia, a haste é levantada e a

ferramenta automaticamente esvaziada por força centrífuga.

Figura 14 – Equipamento de escavação estaca escavada com trado mecânico

26

Fonte:<http://www.ebah.com.br/content/ABAAAgyugAB/estaca-tipo-trado-mecanico>dia 06/06/2017

às 14:09.

2.4.2.5Estaca raiz

Estacas executadas com equipamento de rotação ou rotopercussão com

circulação de água, lama bentonítica ou ar comprimido. Pode atravessar terrenos de

qualquer natureza, sendo o mais adequado quando o solo possui matacões e rochas

por exemplo. Pode ser executada de forma inclinada e não produzem choques nem

vibrações. A Figura 15 exibe como deve ser feito sua execução.

Figura 15 – Execução de estaca do tipo raiz

Fonte:<http://www.este.com.br/servicos.php>dia 06/06/2017 às 14:13. 4 METODOLOGIA

27

4.1 Estudo de caso

Conforme Yin (2001), o estudo de caso é uma estratégia de pesquisa que

compreende um método que abrange tudo em abordagens especificas de coletas e

análise de dados. Resumindo em poucas palavras, é um estudo empírico que busca

determinar ou testar uma teoria, onde sua função é tentar esclarecer decisões a

serem tomadas.

O estudo de caso foi feito em um prédio multifamiliar de quatro pavimentos

situado na cidade de Patos de Minas-MG, com uma área total construída de 735m².

Essa edificação foi executada com fundação profunda de substituição do tipo

escavada por meio de trado mecânico, sendo o diâmetro das estacas empregues de

30 centímetros, assentadas a uma profundidade de 6,0 metros, somando um

número total de 76 estacas.

E para tal estudo, foram utilizados métodos semiempíricos de

dimensionamento de fundações profundas, para determinar qual melhor tipo de

fundação a ser empregado na edificação.

4.2 Métodos semiempíricos para o dimensionamento de fundações profundas

Para se calcular estacas, devemos primeiro saber as ações que as mesmas

estão sujeitas. Como vimos na definição de fundações profundas, as estacas

possuem resistência de ponta (RP), e resistência lateral (RL), então para se calcular

a capacidade de carga(R) nas estacas devemos somar essas duas resistências.

� = �� + �� Existem inúmeras fórmulas teóricas para se calcular estacas, porém esses

métodos têm pouca utilização em projetos. Sendo assim, os cálculos são feitos por

fórmulas semiempíricas, sucedendo que cada autor estipula coeficientes

relacionados ao tipo de solo e o tipo de estaca utilizado. Logo abaixo veremos os

principais autores que desenvolveram métodos semiempíricos para o cálculo de

capacidade de carga em estacas.

4.2.1 Método Aoki-Velloso (1975)

Para o cálculo de um elemento de fundação isolado, Aoki-Velloso (1975)

estima que deve ser calculado pela seguinte fórmula semiempírica:

� = � ∗ �1 ∗ �� +

2 �(� ∗ � ∗ � ∗ ∆�)�

�

Onde:

28

R= Capacidade de carga;

K= Coeficiente do tipo de solo;

NP= Índice de resistência à penetração na cota de apoio da ponta da estaca;

F1 e F2= Fatores de correção;

AP= Área da seção transversal da estaca;

U= Perímetro da seção transversal da estaca;

α= Coeficiente de razão de atrito;

NL= Índice de resistência à penetração médio na camada de solo de espessura∆�; �L= Espessura da camada de solo.

O coeficiente (K) e o coeficiente (α) segue a Tabela 2, e os fatores de

correção (F1) e (F2) tem que ser de acordo com a Tabela 3.

Tabela 2- Coeficiente K e razão de atrito α Solo K(Mpa) α(%)

Areia 1,00 1,4 Areia siltosa 0,80 2,0

Areia siltoargilosa 0,70 2,4

Areia argilosa 0,60 3,0

Areia argilossiltosa 0,50 2,8

Silte 0,40 3,0

Silte arenoso 0,55 2,2

Siltearenoargiloso 0,45 2,8

Silte argiloso 0,23 3,4

Silteargiloarenoso 0,25 3,0

Argila 0,20 6,0

Argila arenosa 0,35 2,4

Argila arenossiltosa 0,30 2,8

Argila siltosa 0,22 4,0

Argila siltoarenosa 0,33 3,0

Fonte: Aoki e Velloso (1975).

Tabela 3- Fatores de correção F1 e F2 Tipo de estaca F1 F2

Franki 2,50 2F1 Metálica 1,75 2F1

Pré-moldada 1+D/0,80 2F1

Escavada 3,0 2F1

29

Raiz, Hélice continua e

Ômega

2,0 2F1

Fonte: Aoki e Velloso (1975).

4.2.2 Método Décourt-Quaresma (1996)

Esse autor introduz outros fatores com valores diferentes de Aoki (1975), e

outra fórmula para o cálculo de capacidade de carga que veremos logo abaixo:

� = � ∗ � ∗ � ∗ �� + � ∗ 10 ∗ ��3 + 1� ∗ ∗ �

Onde:


C= Coeficiente característico do solo;

α= Fator em função do tipo de estaca e do tipo de solo;



β= Fator em função do tipo de estaca e do tipo de solo;

NL= Índice de resistência à penetração médio na camada de solo;


L= Espessura da camada de solo.

Os valores dos fatores (α) e (β) são encontrados nas a Tabela 4 e 5

respectivamente, e o coeficiente característico do solo (C) conforme a Tabela 6.

Tabela 4- Valores do fator α em função do tipo de estaca e do tipo desolo Tipo de estaca

Tipo de solo Escavada em geral

Escavada (betonita)

Hélice continua

Raiz Injetada sob altas pressões

Argilas 0,85 0,85 0,3* 0,85* 1,0*

Solos

intermediários

0,6 0,6 0,3* 0,6* 1,0*

Areias 0,5 0,5 0,3* 0,5* 1,0*

* valores apenas orientativos diante do reduzido número de dados disponíveis

Fonte: Décourt (1996).

Tabela 5- Valores do fator β em função do tipo de estaca e do tipo de solo Tipo de estaca

Tipo de solo Escavada Escavada Hélice Raiz Injetada

30

em geral (betonita) continua sob altas pressões

Argilas 0,8* 0,9* 1,0* 1,5** 3,0*

Solos

intermediários

0,65* 0,75* 1,0* 1,5* 3,0*

Areias 0,5* 0,6* 0,3* 1,5* 3,0*

* valores apenas orientativos diante do reduzido número de dados disponíveis

Fonte: Décourt (1996).

Tabela 6- Coeficiente característico do solo C Tipo de solo C (KPa)

Argila 120 Silte argiloso* 200

Silte arenoso* 250

Areia 400

* alteração de rocha (solos residuais)

Fonte: Décourt e Quaresma (1978). 4.2.3Método Teixeira (1996)

Com base nas outras fórmulas citadas anteriormente, Teixeira propõe uma

equação unificada para a capacidade de carga, em função de dois parâmetros, α e

β, onde esses valores são diferentes dos adotados porDécourt (1996). A seguir

temos a seguinte fórmula:

� = � ∗ � ∗ �� + � ∗ � ∗ ∗ � Onde:


α= Valores relacionados ao tipo de estaca e o tipo de solo onde se apoia a estaca;



β= Valores relacionados ao tipo de estaca;

NL= Índice de resistência à penetração médio na camada de solo;


L= Espessura da camada de solo.

As Tabelas 7e 8 proporcionam os valores dos parâmetros (α) e (β) na devida

ordem.

Tabela 7- Valores do parâmetro α

31

Tipo de estacas- α (KPa)

Solo (4<Nspt<40)

Pré moldada e perfil metálico

Franki Escavada a céu aberto

Raiz

Argila siltosa 110 100 100 100

Silte argiloso 160 120 110 110

Argila arenosa 210 160 130 140

Silte arenoso 260 210 160 160

Areia argilosa 300 240 200 190

Areia siltosa 360 300 240 220

Areia 400 340 270 260

Areia com

pedregulhos

440 380 310 290

Fonte: Teixeira (1996).

Tabela 8- Valores do parâmetro β Tipo de estaca β (KPa)

Pré moldada e perfil metálico 4 Franki 5

Escavada a céu aberto 4

Raiz 6

Fonte: Teixeira (1996).

5RESULTADOS E DISCUSSÕES

A sondagem do terreno da edificação foi feita por intermédio de um

equipamento a percussão (SPT), a área do terreno onde foi construído a edificação

corresponde a uma medida de 300m², e foram feitos dois furos no local para se

saber a resistência e as propriedades do solo. A Figura 16 mostra a locação dos

furos.

Figura 16- Locação dos furos

32

Fonte: Autor.

De acordo com a NBR 8036/1983 as sondagens devem ser, no mínimo, de

uma para cada 200m² de área em projeção em planta do edifício, até 1200m² de

área. Mas a mesma também fala que em quaisquer circunstâncias o número mínimo

de sondagens deve ser de dois para área até 200m², e três para área maior que que

200m² até 400m².

Diante dessas informações, nota-se que no local onde foi feito o edifício teria

que ter no mínimo três furos para o reconhecimento do solo. Esse fato acontece

muito em construções no Brasil, existem casos que o proprietário não faz sequer

nenhum tipo de sondagem para reconhecimento.

As Figuras 17 e 18 a seguir, mostra os resultados dos dois ensaios obtidos, e

todas as informações necessárias para se calcular as fundações. As figuras

mostram de forma bem detalhada todo o perfil do solo, classificação, profundidade

das camadas, nível do lençol freático, diâmetro do amostrador, índice de resistência

do solo e um gráfico com o número de golpes iniciais e finais.

33

Figura 17- Furo 1

Fonte: Autor.

Figura 18- Furo 2

34

Fonte: Autor.

A partir desses dados, foram calculados a capacidade de carga (R) nos dois

furos, onde esses foram divididos em dois casos. Os dois casos foram feitos por

intermédio dos três métodos semiempíricos citados outrora, também foram

calculados a capacidade de carga admissível (Radm), que é igual a capacidade de

carga (R), dividido pelo fator de segurança (FS), quando se tratando de fundações

esse valor tem que ser igual ou maior que 2. Neste trabalho foi utilizado o fator de

segurança igual a 2, para se calcular a capacidade de carga admissível.

�� = � �� = �

2

5.1 Caso 1

35

No primeiro caso foi utilizado o mesmo tipo de fundação empregado no

projeto, fundação do tipo escavada com trado mecânico, com diâmetro de 30

centímetros e assentada a uma profundidade de 6,0 metros. Onde obteve-se os

resultados de acordo com as Tabelas 9 e 10.

Tabela 9- Capacidades de cargas obtidas do furo 1(fundação escavada com trado mecânico diâmetro de 30 cm e profundidade de 6m)

RP (KN) RL (KN) R (KN) Radm (KN)

Aoki-Velloso (1975)

527,78 61,33 589,11 294,55

Décourt-

Quaresma

(1996)

226,19 87,68 313,87 156,93

Teixeira

(1996)

305,36 46,64 352 176

Fonte: Autor. Tabela 10- Capacidades de cargas obtidas do furo 2 (fundação escavada com

trado mecânico diâmetro de 30 cm e profundidade de 6m) RP (KN) RL (KN) R (KN) Radm (KN)

Aoki-Velloso (1975)

226,19 112,41 338,6 169,3

Décourt-

Quaresma

(1996)

254,46 126,95 381,41 190,7

Teixeira

(1996)

220,53 47,50 268,03 134

Fonte: Autor.

Após esses resultados, foi escolhido o furo que apresentou menor resistência

quanto a sua capacidade de carga (furo 2). Essa escolha foi feita através de uma

média entre os três autores, resultando em uma capacidade de carga admissível

média (Radmm), como mostra a Tabela11.

Tabela 11- Resistência admissível média (caso 1) Radm (KN)

Aoki-Velloso (1975) 169,3 Décourt-Quaresma (1996) 190,7

Teixeira (1996) 134

Radmm 165

Fonte: Autor.

36

Através desses valores obtidos, entra a parte do engenheiro estrutural, que

deve fornecer ao projetista de fundação todas as cargas provindas da

superestrutura. Para se saber o número necessário de estacas, deve-se dividir o

valor da capacidade de carga admissível (Radmm), pelo o valor da carga

máximatransferida pelos pilares do edifício. A Tabela 12demonstradetalhadamente a

quantidade de pilares utilizados, a carga máxima que cada um transfere para a

fundação, e o número de estacas necessárias para o estudo de caso.

Tabela 12- Cargas máximas dos pilares e quantidade de estacas necessárias (caso1)

Pilar Carga máxima (Tf) Radmm (Tf) Número de

estacas

P1 2,9 16,0 1 P2 3,5 16,0 1

P3 3,5 16,0 1

P4 3,6 16,0 1

P5 21,2 16,0 2

P6 38,4 16,0 3

P7 26,9 16,0 2

P8 3,1 16,0 1

P9 4,2 16,0 1

P10 1,7 16,0 1

P11 1,1 16,0 1

P12 1,6 16,0 1

P13 42,9 16,0 3

P14 47,6 16,0 3

P15 11,9 16,0 1

P16 64,3 16,0 4

P17 5,2 16,0 1

P18 4,3 16,0 1

P19 47,2 16,0 3

P20 67,5 16,0 5

P21 53,1 16,0 3

P22 20,5 16,0 2

P23 81,1 16,0 5

37

P24 3,8 16,0 1

P25 70,3 16,0 5

P26 46,9 16,0 3

P27 26,7 16,0 2

P28 29,4 16,0 2

P29 1,0 16,0 1

P30 15,7 16,0 1

P31 7,5 16,0 1

P32 1,6 16,0 1

Total de estacas 64

Fonte: Autor.

5.2 Caso 2

No segundo caso foi utilizado o mesmo tipo de fundação, do tipo escavada

com trado mecânico, com profundidade de assentamento de 6,0 metros, porém com

diâmetro de 40 centímetros. Os procedimentos aplicados no caso 2, foram os

mesmos adotados no caso 1, apenas com resultados diferentes, conforme as

Tabelas 13, 14, 15 e 16 abaixo.

Tabela 13- Capacidades de cargas obtidas do furo 1 (fundação escavada com trado mecânico diâmetro de 40 cm e profundidade de 6m)

RP (KN) RL (KN) R (KN) Radm (KN)

Aoki-Velloso (1975)

938,28 81,77 1020,05 510,02

Décourt-

Quaresma

(1996)

402,2 116,91 519,11 259,55

Teixeira

(1996)

542,86 62,19 605,05 302,52

Fonte: Autor. Tabela 14- Capacidades de cargas obtidas do furo 2 (fundação escavada com

trado mecânico diâmetro de 40 cm e profundidade de 6m) RP (KN) RL (KN) R (KN) Radm (KN)

Aoki-Velloso (1975)

402,12 149,89 552,01 276

Décourt-

Quaresma

452,38 169,26 621,64 310,82

38

(1996)

Teixeira

(1996)

392,07 63,33 455,4 227,7

Fonte: Autor.

Tabela 15- Resistência admissível média (caso 2) Radm (KN)

Aoki-Velloso (1975) 276 Décourt-Quaresma (1996) 310,82

Teixeira (1996) 227,7

Radmm 271,50

Fonte: Autor. Tabela 16- Cargas máximas dos pilares e quantidade de estacas necessárias

(caso 2) Pilar Carga máxima (Tf) Radmm (Tf) Número de

estacas

P1 2,9 27,00 1 P2 3,5 27,00 1

P3 3,5 27,00 1

P4 3,6 27,00 1

P5 21,2 27,00 1

P6 38,4 27,00 2

P7 26,9 27,00 2

P8 3,1 27,00 1

P9 4,2 27,00 1

P10 1,7 27,00 1

P11 1,1 27,00 1

P12 1,6 27,00 1

P13 42,9 27,00 2

P14 47,6 27,00 2

P15 11,9 27,00 1

P16 64,3 27,00 3

P17 5,2 27,00 1

P18 4,3 27,00 1

P19 47,2 27,00 2

P20 67,5 27,00 3

39

P21 53,1 27,00 2

P22 20,5 27,00 1

P23 81,1 27,00 4

P24 3,8 27,00 1

P25 70,3 27,00 3

P26 46,9 27,00 2

P27 26,7 27,00 2

P28 29,4 27,00 2

P29 1 27,00 1

P30 15,7 27,00 1

P31 7,5 27,00 1

P32 1,6 27,00 1

Total de estacas 50

Fonte: Autor.

Através da quantidade total do número de estacas utilizados no projeto, e dos

resultados obtidos pelos dois casos, foram feitos cálculos com valores reais de custo

para cada um deles. Os orçamentos para os valores reais de custo foram retirados

da planilha da Secretaria de Estado de Transportes e Obras Públicas (SETOP), da

região Triângulo e Alto Paranaíba, atualizada em 11 de maio de 2017. Essa planilha

fornece a referência de preços para as obras de edificação do Estado de Minas

Gerais.

A tabela 17 abaixo, demonstra detalhadamente o preço total gasto no projeto,

e nos dois casos feitos anteriormente.

Tabela 17- Custo total de estacas Quantidade

de estacas

Diâmetro

(cm)

Profundidade

(m)

Preço

R$/m

(SETOP, 2017)

Total (R$)

Projeto 76 30 6 27,50 12,540 Caso 1 64 30 6 27,50 10,560

Caso 2 50 40 6 37,50 11,250

Fonte: Autor.

No projeto e no caso 1 foi utilizado o mesmo tipo de estaca, cota de

assentamento e diâmetro, porém através dos cálculos feitos, houve uma economia

de R$ 1980,00. Já se comparando o projeto com o caso 2, mudou-se apenas o

diâmetro da estaca e ainda obteve uma economia de R$ 1290,00. Portanto, não

40

quer dizer que o projeto foi superdimensionado, mas essa variação de valores se dá

pelos tipos de métodos e fatores de segurança adotados por cada projetista de

fundação.

6 CONCLUSÃO

De acordo com as sondagens feitas no solo, o furo 2mostrou uma resistência

lateral maior que no furo 1, isso aconteceu porque os valores NSPT encontrados nas

camadas do solo foram superiores à do outro furo.Porém sua resistência de ponta

foi menor, isso por conta da resistência do solo encontrado na camada abaixo onde

a estaca foi assentada. Portanto foi feito uma soma das resistências laterais e de

ponta em cada uma das sondagens, onde foi escolhida aquela que possuía menor

resistência de capacidade de carga na interação solo/estrutura, essa escolha foi feita

para se obter um fator de segurança maior no dimensionamento, sendo assim dando

mais segurança e resguardo ao projetista.

Com isso, conclui-se que o melhor método para essa edificação seria o tipo

de fundação escavada com trado mecânico, assentada a uma profundidade de 6,0

metros e com diâmetro de 30 centímetros. Essa conclusão foi feitalevando em conta

sua eficiência, que por meio dos cálculos obtidos atendeu com segurança as

características e necessidades do edifício, e sua economia, poisesse éo

tipofundação mais barato para se executar no mercado.

7REFERÊNCIAS

41

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42

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