Sapatas concreto

Download Sapatas concreto

Post on 31-Jul-2015

391 views

Category:

Documents

7 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

<p> 1. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA Departamento de Estruturas e Construo Civil Disciplina: ECC 1008 Estruturas de Concreto PROJETO ESTRUTURAL DE SAPATAS Gerson Moacyr Sisniegas Alva Santa Maria, dezembro de 2007. 2. Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 1 1. INTRODUO 1.1 Definies Fundaes so elementos estruturais cuja funo transmitir as aes atuantes na estrutura camada resistente do solo. Os elementos estruturais de fundaes devem apresentar resistncia adequada para suportar as tenses geradas pelos esforos solicitantes. Alm disso, uma fundao deve transferir e distribuir seguramente as aes da superestrutura ao solo, de modo que no cause recalques diferenciais prejudiciais ao sistema estrutural nem a prpria ruptura do solo. Segundo a NBR 6122:1996, em funo da profundidade da cota de apoio, as fundaes classificam-se em: Fundao superficial: Elemento de fundao em que a ao transmitida predominantemente pelas presses distribudas sob a base da fundao, e em que a profundidade de assentamento em relao ao terreno adjacente inferior a duas vezes a menor dimenso da fundao. Este tipo de fundao tambm chamada de direta ou rasa. Fundao profunda: Elemento de fundao que transmite as aes ao terreno pela base (resistncia de ponta), por sua superfcie lateral (resistncia de fuste) ou por uma combinao das duas e que est assente em profundidade superior ao dobro de sua menor dimenso em planta e no mnimo 3m. Neste tipo de fundao incluem-se as estacas, os tubules e os caixes. Neste texto aborda-se o projeto estrutural das sapatas, as quais representam uma das solues mais utilizadas como fundao superficial. As sapatas so elementos tridimensionais e tm a finalidade de transferir para o terreno as aes oriundas de pilares ou paredes. A rea da base das sapatas projetada em funo da tenso de compresso admissvel do solo determinada atravs de investigao geotcnica (sondagens). Com relao forma volumtrica, as sapatas podem ter vrios formatos, porm o mais comum o cnico retangular, em virtude do menor consumo de concreto. Figura 1.1: Fotos de execuo de sapatas. Fonte: Fundacta 3. Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 2 1.2 Alguns aspectos geotcnicos para o projeto de sapatas [Texto suplementar: extrado de GIONGO &amp; VANDERLEI (2000)] O projeto de uma fundao envolve consideraes da Mecnica dos Solos e de anlise estrutural. O projeto deve associar racionalmente, no caso geral, os conhecimentos das duas especialidades. Este item aborda conceitos bsicos associados aos problemas de geotecnia no projeto de fundaes, que ajudam a prever e adotar medidas que evitem recalques prejudiciais ou ruptura do terreno, com conseqente colapso da estrutura. 1.2.1 Investigaes Geotcnicas O engenheiro de fundaes deve iniciar o seu projeto com um conhecimento to perfeito quanto possvel do solo onde ir se apoiar a fundao. Os problemas causados em uma superestrutura por insuficincia de infra-estrutura so graves na maioria das vezes, e sempre de correo onerosa. recomendvel negligenciar economias nas investigaes geotcnicas, para evitar desperdcio ou reforo nas fundaes, que poderia ser evitado com a realizao de ensaio complementar, cujo valor torna-se irrelevante quando comparado ao valor total do empreendimento. O projetista deve saber acerca da extrema complexidade do solo, cujo comportamento funo das presses com que solicitado, e depende do tempo e do meio fsico, no sendo possvel definir precisamente a relao tenso-deformao. Uma investigao to completa quanto possvel da natureza do solo indispensvel, no entanto, sempre haver risco em relao s condies desconhecidas. A amplitude das investigaes geotcnicas funo de diversos fatores, como o tipo e tamanho da obra e o conhecimento prvio das caractersticas do terreno, obtidas atravs de dados disponveis de investigaes anteriores de terrenos vizinhos ou de mapas geolgicos. Atravs dessas investigaes geotcnicas so obtidas as caractersticas do terreno de fundao, natureza, propriedades, sucesso e disposio das camadas; e a localizao do lenol fretico, de maneira que se possa avaliar mais corretamente a tenso admissvel do solo. Para fins de projeto e execuo, as investigaes geotcnicas do terreno de fundao devem seguir as especificaes da NBR 6122:1996. 1.2.2 Escolha do tipo de fundaes A qualidade e o comportamento de uma fundao dependem de uma boa escolha, que melhor concilie os aspectos tcnicos e econmicos de cada obra. Qualquer insucesso nessa escolha pode representar, alm de outros inconvenientes, custos elevadssimos de recuperao ou at mesmo o colapso da estrutura ou do solo. O engenheiro de fundaes, ao planejar e desenvolver o projeto, deve obter todas as informaes possveis referentes ao problema: estudar as diferentes solues e variantes; analisar os processos executivos; prever suas repercusses; estimar os seus custos e, ento, decidir sobre as viabilidades tcnica e econmica da sua execuo. Os fatores que influenciam na escolha do tipo de fundao so analisados a seguir. 4. Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 3 a. Relativos superestrutura Devem ser analisados aspectos como: o tipo de material que compe a superestruturas, por exemplo, concreto armado ou protendido, estrutura pr-fabricada, estrutura de madeira, metlica ou alvenaria estrutural; quanto a funo da edificao, edifcio residencial, comercial, galpo industrial, ponte, silos; e com relao as aes atuantes, como grandeza, natureza, posio e tipo. b. Caractersticas e propriedades mecnicas do solo As investigaes geotcnicas so primordiais e muito importantes para a definio do tipo de fundao mais adequado. Delas obtm-se dados do solo, tais como: tipo de solo, granulometria, cor, posio das camadas resistncia, compressibilidade, etc. c. Posio e caracterstica do nvel dgua Dados sobre o lenol fretico so importantes para o estudo de um possvel rebaixamento. Considerveis variaes do nvel dgua podem ocorrer por causa das chuvas. Um poo de reconhecimento muitas vezes uma boa soluo para observao dessas possveis variaes. d. Aspectos tcnicos dos tipos de fundaes Muitas vezes surgem algumas limitaes a certos tipos de fundaes em funo da capacidade de carga, equipamentos disponveis, restries tcnicas, tais como: nvel dgua, mataces, camadas muito resistentes, repercusso dos provveis recalques, etc. e. Edificaes na vizinhana Estudo da necessidade de proteo dos edifcios vizinhos, de acordo com o conhecimento do tipo e estado de conservao dos mesmos; como tambm a anlise da tolerncia aos rudos e vibraes so indispensveis. f. Custo Depois da anlise tcnica feito um estudo comparativo entre as alternativas tecnicamente indicadas. De acordo com as dificuldades tcnicas que possam elevar os custos, o projeto arquitetnico poder ser modificado. Um outro ponto relativo ao custo o planejamento de incio e execuo, pois, algumas vezes, uma fundao mais cara, garante um retorno financeiro mais rpido. g. Limitaes dos tipos de fundaes existentes no mercado Determinadas regies optam pela utilizao mais freqente de alguns poucos tipos que se firmaram como mais convenientes localmente; o mercado torna-se limitado, sendo, portanto, necessria uma anlise da viabilidade da utilizao de um tipo de fundao tecnicamente indicada, mas no existente na regio. O problema resolvido por eliminao escolhendo-se, entre os tipos de fundaes existentes, aqueles que satisfaam tecnicamente ao caso em questo. A 5. Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 4 seguir, feito um estudo comparativo de custos dos diversos tipos selecionados, visando com isso escolher o mais econmico. A escolha de um tipo de fundao deve satisfazer aos critrios de segurana, tanto contra a ruptura (da estrutura ou do solo), como contra recalques incompatveis com o tipo de estrutura. Muitas vezes um nico tipo impe-se desde o incio, e, ento, a escolha quase automtica. Outras vezes, apesar de raras, mais de um tipo igualmente possvel e de igual custo. Quando o terreno formado por uma espessa camada superficial, suficientemente compacta ou consistente, adota-se previamente uma fundao do tipo sapata, que o primeiro tipo de fundao a ser considerada. Existe uma certa incompatibilidade entre alguns tipos de solos e o emprego de sapatas isoladas, pela incapacidade desses solos de suportar as aes das estruturas. ALONSO (1983) indica que, em princpio, o emprego de sapatas s vivel tcnica e economicamente quando a rea ocupada pela fundao abranger, no mximo, de 50% a 70% da rea disponvel. De uma maneira geral, esse tipo de fundao no deve ser usado nos seguintes casos: aterro no compactado; argila mole; areia fofa e muito fofa; solos colapsveis; existncia de gua onde o rebaixamento do lenol fretico no se justifica economicamente. Segundo MELLO (1971), o encaminhamento racional para o estudo de uma fundao, aps o conhecimento das aes estruturais e caractersticas do solo, deve atender as indicaes comentadas a seguir. Analisa-se inicialmente a possibilidade do emprego de fundaes diretas. No caso da no ocorrncia de recalques devidos a camadas compressveis profundas, o problema passa a ser a determinao da cota de apoio das sapatas e da tenso admissvel do terreno, nessa cota. No caso de haver ocorrncia de recalques profundos, dever ainda ser examinada a viabilidade da fundao direta em funo dos recalques totais, diferenciais e diferenciais de desaprumo (isto , quando a resultante das aes dos pilares no coincide com o centro geomtrico da rea de projeo do prdio, ou quando h heterogeneidade do solo). Sendo vivel a fundao direta pode-se ento compar-la com qualquer tipo de fundao profunda para determinao do tipo mais econmico. No sendo vivel o emprego das fundaes diretas passa-se ento a analisar a soluo em fundaes profundas (estacas ou tubules). 6. Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 5 2. CLASSIFICAO DAS SAPATAS 2.1 Quanto rigidez A NBR 6118:2003 classifica as sapatas quanto rigidez de acordo com as seguintes expresses: h a o pa h Figura 2.1: Dimenses tpicas em sapatas Se ( ) 3 aa h p sapata flexvel Se ( ) 3 aa h p &gt; sapata rgida onde a a dimenso da sapata na direo analisada; h a altura da sapata; ap a dimenso do pilar na direo em questo. Sapatas flexveis: So de uso mais raro, sendo mais utilizadas em fundaes sujeitas a pequenas cargas. Outro fator que determina a escolha por sapatas flexveis a resistncia do solo. ANDRADE (1989) sugere a utilizao de sapatas flexveis para solos com presso admissvel abaixo de 150kN/m2 (0,15MPa). As sapatas flexveis apresentam o comportamento estrutural de uma pea fletida, trabalhando flexo nas duas direes ortogonais. Portanto, as sapatas so dimensionadas ao momento fletor e fora cortante, da mesma forma vista para as lajes macias. A verificao da puno em sapatas flexveis necessria, pois so mais crticas a esse fenmeno quando comparadas s sapatas rgidas. Sapatas rgidas: So comumente adotadas como elementos de fundaes em terrenos que possuem boa resistncia em camadas prximas da superfcie. Para o dimensionamento das armaduras longitudinais de flexo, utiliza-se o mtodo geral de bielas e tirantes. Alternativamente, as sapatas rgidas podem ser dimensionadas flexo da mesma forma que as sapatas flexveis, obtendo-se razovel preciso. As tenses de cisalhamento devem ser verificadas, em particular a ruptura por compresso diagonal do concreto na ligao laje (sapata) pilar. 7. Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 6 A verificao da puno desnecessria, pois a sapata rgida situa-se inteiramente dentro do cone hipottico de puno, no havendo possibilidade fsica de ocorrncia de tal fenmeno. 2.2 Quanto posio Sapatas isoladas Transmitem aes de um nico pilar centrado, com seo no alongada. o tipo de sapata mais freqentemente utilizado. Tais sapatas podem apresentar bases quadradas, retangulares ou circulares, com a altura constante ou variando linearmente entre as faces do pilar extremidade da base. Planta Vista frontal Lastro de Concreto Figura 2.2: Sapatas isoladas Sapatas corridas: So empregadas para receber as aes verticais de paredes, muros, ou elementos alongados que transmitem carregamento uniformemente distribudo em uma direo. O dimensionamento deste tipo de sapata idntico ao de uma laje armada em uma direo. Por receber aes distribudas, no necessria a verificao da puno em sapatas corridas. A A Planta Corte A-A Figura 2.3: Sapata corrida sob carregamento linear distribudo 8. Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 7 Sapatas associadas ou combinadas Transmitem as aes de dois ou mais pilares adjacentes. So utilizadas quando no possvel a utilizao sapatas isoladas para cada pilar, por estarem muito prximas entre si, o que provocaria a superposio de suas bases (em planta) ou dos bulbos de presses. Neste caso, convm empregar uma nica sapata para receber as aes de dois ou mais pilares. O centro de gravidade da sapata normalmente coincide com o centro de aplicao das cargas dos pilares. Para condies de carregamento uniformes e simtricas, as sapatas associadas resultam em uma sapata corrida simples, de base retangular. Entretanto, quando as cargas dos pilares apresentam diferenas relevantes, a imposio de coincidir o centride da sapata com o centro das cargas dos pilares conduz ou a uma sapata de base trapezoidal (em planta) ou a sapatas retangulares com balanos livres diferentes (em planta). Usualmente, as sapatas associadas so projetadas com viga de rigidez (enrijecimento), cujo eixo passa pelo centros de cada pilar. Viga de RigidezPilar A A Vista Lateral Corte A-A Planta Figura 2.4: Sapata associada retangular Sapatas com vigas de equilbrio No caso de pilares posicionados junto divisa do terreno (figura 2.5), o momento produzido pelo no alinhamento da ao com a reao deve ser absorvido por uma viga, conhecida como viga de equilbrio ou viga alavanca, apoiada na sapata junto divisa e na sapata construda para pilar interno. Portanto, a viga de equilbrio tem a funo de transmitir a carga vertical do pilar para o centro de gravidade da sapata de divisa e, ao mesmo tempo, resistir aos momentos fletores produzidos pela excentricidade da carga do pilar em relao ao centro dessa sapata. 9. Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 8 VIGAALAVANCA DIVISA Vista Lateral Sapata Pilar Planta Viga alavanca Figura 2.5: Sapata com viga de equilbrio 2.3 Quanto solicitao Sapatas sob carga centrada: Ocorre quando a carga vertical do pilar passa pelo centro de gravidade da sapata. Neste caso, admite-se uma distribuio uniforme e constante das tenses do solo na base da sapata, igual razo entre a carga vertical e a rea da sapata (em planta). Fk A Fk = onde Fk a ao vertical na sapata A a rea da base da sapata Figura 2.6: Sapata sob carga centrada Sapatas sob carga excntrica: Em muitos situaes prticas, as cargas verticais dos pilares so aplicadas excentricamente em relao ao centro de gravidade da sapata, gerando momentos nas fundaes. Com a obrigatoriedade da considerao das aes do vento, normalmente os pilares...</p>