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ACESSE AQUI O SEU LIVRO NA VERSÃO DIGITAL! PROFESSORA Esp. Aline Cristina Souza dos Santos Fundações e Obras de Terra https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/10958 FICHA CATALOGRÁFICA C397 CENTRO UNIVERSITÁRIO DE MARINGÁ. Núcleo de Educação a Distância. SANTOS, Aline Cristina Souza dos. Fundações e Obras de Terra. Aline Cristina Souza dos Santos. Maringá - PR.: Unicesumar, 2021. 376 p. 978-65-5615-594-4 “Graduação - EaD”. 1. Fundações 2. Obras 3. Terra. EaD. I. Título. CDD - 22 ed. 624.15 Impresso por: Bibliotecário: João Vivaldo de Souza CRB- 9-1679 Pró Reitoria de Ensino EAD Unicesumar Diretoria de Design Educacional NEAD - Núcleo de Educação a Distância Av. Guedner, 1610, Bloco 4 - Jd. Aclimação - Cep 87050-900 | Maringá - Paraná www.unicesumar.edu.br | 0800 600 6360 PRODUÇÃO DE MATERIAIS DIREÇÃO UNICESUMAR NEAD - NÚCLEO DE EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Reitor Wilson de Matos Silva Vice-Reitor Wilson de Matos Silva Filho Pró-Reitor de Administração Wilson de Matos Silva Filho Pró-Reitor Executivo de EAD William Victor Kendrick de Matos Silva Pró-Reitor de Ensino de EAD Janes Fidélis Tomelin Presidente da Mantenedora Cláudio Ferdinandi Diretoria Executiva Chrystiano Mincoff, James Prestes, Tiago Stachon Diretoria de Graduação e Pós-graduação Kátia Coelho Diretoria de Cursos Híbridos Fabricio Ricardo Lazilha Diretoria de Permanência Leonardo Spaine Diretoria de Design Educacional Paula Renata dos Santos Ferreira Head de Graduação Marcia de Souza Head de Metodologias Ativas Thuinie Medeiros Vilela Daros Head de Tecnologia e Planejamento Educacional Tania C. Yoshie Fukushima Gerência de Planejamento e Design Educacional Jislaine Cristina da Silva Gerência de Tecnologia Educacional Marcio Alexandre Wecker Gerência de Produção Digital Diogo Ribeiro Garcia Gerência de Projetos Especiais Edison Rodrigo Valim Supervisora de Produção Digital Daniele Correia Coordenador de Conteúdo Flavio Augusto Carraro Designer Educacional Antonio Eduardo Nicacio e Revisão Textual Ariane Andrade Fabreti Editoração Arthur Cantarelli Silva, Matheus Silva de Souza Ilustração André Azevedo Realidade Aumentada César Henrique Seidel, Maicon Douglas Curriel, Matheus Alexander de Oliveira Guandalini, Renan Gomes Beltrami. Fotos Shutterstock. Tudo isso para honrarmos a nossa missão, que é promover a educação de qualidade nas diferentes áreas do conhecimento, formando profissionais cidadãos que contribuam para o desenvolvimento de uma sociedade justa e solidária. Reitor Wilson de Matos Silva A UniCesumar celebra os seus 30 anos de história avançando a cada dia. Agora, enquanto Universidade, ampliamos a nossa autonomia e trabalhamos diariamente para que nossa educação à distância continue como uma das melhores do Brasil. Atuamos sobre quatro pilares que consolidam a visão abrangente do que é o conhecimento para nós: o intelectual, o profissional, o emocional e o espiritual. A nossa missão é a de “Promover a educação de qualidade nas diferentes áreas do conhecimento, formando profissionais cidadãos que contribuam para o desenvolvimento de uma sociedade justa e solidária”. Neste sentido, a UniCesumar tem um gênio importante para o cumprimento integral desta missão: o coletivo. São os nossos professores e equipe que produzem a cada dia uma inovação, uma transformação na forma de pensar e de aprender. É assim que fazemos juntos um novo conhecimento diariamente. São mais de 800 títulos de livros didáticos como este produzidos anualmente, com a distribuição de mais de 2 milhões de exemplares gratuitamente para nossos acadêmicos. Estamos presentes em mais de 700 polos EAD e cinco campi: Maringá, Curitiba, Londrina, Ponta Grossa e Corumbá), o que nos posiciona entre os 10 maiores grupos educacionais do país. Aprendemos e escrevemos juntos esta belíssima história da jornada do conhecimento. Mário Quintana diz que “Livros não mudam o mundo, quem muda o mundo são as pessoas. Os livros só mudam as pessoas”. Seja bem-vindo à oportunidade de fazer a sua mudança! Aqui você pode conhecer um pouco mais sobre mim, além das informações do meu currículo. Esp. Aline Cristina Souza dos Santos Olá aluno (a), eu sou a filha mais velha das melhores pessoas que você pode conhecer no norte do Mato Grosso. Nasci, cresci e me desenvolvi com a mesma multiplicidade que minha queri- da cidade, Sinop. Temos quase a mesma idade, acredita? Hoje possuímos tanta história e conhecimento que não dá nem para começar a enumerar, mas adoraria poder bater um papo con- tigo para ensinar o que sei. Esta é minha maior paixão: ensinar. Comecei bem cedo explicando ao meu irmãozinho tudo sobre história dos deuses gregos e animes da televisão. Eu adoro ler, escutar música dançando, ouvir podcast en- quanto faço faxina, ver arte nas férias e almoçar com minha mãe toda quarta-feira. Quando terminei o 3º Ano eu só pensava em duas coisas para meu futuro: ser decoradora de interiores e terminar de escrever minhas fanfics. Depois de muitos anos e estudos eu finalmente acabei de decorar minha casa. Está muito lindo, diga-se de passagem! ;) E quanto às fanfics, eu ter- minei a maioria delas, outras ficaram sem fim porque é difícil conciliar a faculdade e essa carreira de escritora. Mas agora estou de volta ao caminho das palavras com minha pesquisa em literatura na pós-graduação e escrita de novo capítulo da minha vida. Estou empolgada! Essa é minha história resumida, em algum ponto pelo caminho eu me formei em Engenharia Civil, fiz pós-graduação para ensi- nar em nível superior, formei centenas de alunos nos cursos de graduação e técnico da minha região. Mas esta é apenas uma nota de rodapé no grande livro da minha vida cujo título é meu nome: Aline Cristina. Quando identificar o ícone de QR-CODE, utilize o aplicativo Unicesumar Experience para ter acesso aos conteúdos on-line. O download do aplicativo está disponível nas plataformas: Google Play App Store Ao longo do livro, você será convidado(a) a refletir, questionar e transformar. Aproveite este momento. PENSANDO JUNTOS EU INDICO Enquanto estuda, você pode acessar conteúdos online que ampliaram a discussão sobre os assuntos de maneira interativa usando a tecnologia a seu favor. Sempre que encontrar esse ícone, esteja conectado à internet e inicie o aplicativo Unicesumar Experience. Aproxime seu dispositivo móvel da página indicada e veja os recursos em Realidade Aumentada. Explore as ferramentas do App para saber das possibilidades de interação de cada objeto. REALIDADE AUMENTADA Uma dose extra de conhecimento é sempre bem-vinda. Posicionando seu leitor de QRCode sobre o código, você terá acesso aos vídeos que complementam o assunto discutido PÍLULA DE APRENDIZAGEM Professores especialistas e convidados, ampliando as discussões sobre os temas. RODA DE CONVERSA EXPLORANDO IDEIAS Com este elemento, você terá a oportunidade de explorar termos e palavras-chave do assunto discutido, de forma mais objetiva. https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/3881 FUNDAÇÕES E OBRAS DE TERRA Garantir que uma edificação ou obra fique “de pé” ao longo de toda sua vida de uso é parte do trabalho da Engenharia Civil. Quando se planeja a estrutura de uma obra, seja ela uma casa ou prédio, uma das questões fundamentais a se determinar na etapa de projeto é a exata resistência para que fique estável. Porém, a Engenharia se relaciona com a Natureza, um campo enorme de incertezas que não faz parte das Ciências Exatas de criação humana. A Engenharia é uma Ciência Exata? Se os cálculos realizados por pessoas engenheiras são detalhados e precisos, seus resultados serão exatos? Na maioria das obras, podemos identificar duas partes que compõem a estrutura: a superes- trutura e a infraestrutura. A primeira, na parte de cima, consiste nos elementos acima do solo, aqueles que conseguimos ver como as vigas, pilares, lajes e etc. Já a segunda, na parte de baixo, são os elementos que nósnão vemos, as fundações ou alicerces que encontram-se enterrados e apoiados sobre o solo. Ambos frutos de fabricação humana, com materiais como o concreto ou aço que possuem matéria-prima extraída da natureza e intensamente modificada para que atenda às resistências estabelecidas pelos projetos de engenharia. Podemos chamá-las, as estruturas projetadas, de triunfo das Ciências Exatas, não é? Foi aberto um espaço na Natureza, extraído os melhores materiais, moldados para que componham as es- truturas e construído algo inteiramente pelas mãos humanas, utilizando todos os conhecimentos desenvolvidos nas Ciências Exatas. Portanto agora você, estudante, pode perguntar com toda a certeza da resposta positiva: A En- genharia é sim uma Ciência Exata, não é mesmo? Eu te responderei com toda certeza: Não. Que resposta decepcionante, e também desesperadora! Você vai tentar perguntar de uma forma mais clara, porque supõe que eu não entendi direito já que não concordei contigo em algo tão simples e lógico: Engenharia não é uma Ciência Exata? Vou te responder de uma forma mais clara, porque suponho que você não entendeu direito quando eu não concordei contigo em algo que não é simples, porém é bastante lógico: Engenharia não é uma Ciência Exata. Tem que ser! Está tudo aí, construído e estável e os grandes monumentos da humanidade tem centenas de anos. Essas coisas não estão de pé por “sorte”, estão de pé porque existem modelos físicos comple- xos e matemática sofisticada nas Ciências Exatas que permitem projetar com extrema segurança, e a Engenharia é uma delas! Como pode afirmar que a Engenharia não é uma Ciência Exata diante disso?! A Engenharia Civil tem uma relação com a Natureza que vai muito além de uma simples extração de matéria-prima, principalmente na área das estruturas que serão apoiadas (como todas são) sobre o solo natural. Os modelos empregados nos projetos e os cálculos realizados são precisos, porém todos os dados utilizados para eles advém das variáveis presentes na Natureza. A pessoa engenheira será treinada para analisar tais variáveis, estimar os riscos, e, com a competência dada pela atribuição profissional, utilizar a habilidade de decidir sobre um projeto com dados inexatos. Quando os dados não são exatos, mas a modelagem física e os cálculos são, temos uma área profissional que estima riscos e toma decisões: a pessoa engenheira. O fato de que a Engenharia está posta dentro da categoria de Ciências Exatas nas listas de cursos das instituições de ensino superior é decisão puramente organizacional, colocando junto as áreas de conhecimento que são bastante ligadas a números e cálculos. Nós que estamos dentro da formação acadêmica não po- demos simplificar a abrangência da Engenharia dessa forma, é muito mais interessante que isso. Esta disciplina do curso de Engenharia Civil coloca junto duas áreas de conhecimento que tem como ligação principal a relação com o material solo. Nas Fundações temos o solo como apoio para as estruturas, já nas Obras de Terra ele também será o material que irá compor as estruturas. No Ciclo de Aprendizagem 1 iremos conhecer o que são as Fundações em si. Será um capítulo introdutório para conhecer estas estruturas, suas funções, classificações, projetos e também nor- mativas técnicas que orientam as escolhas das pessoas engenheiras. No Ciclo de Aprendizagem 2 o foco está nas Investigações Geotécnicas, ou seja, será o momen- to de aprofundar nos métodos utilizados pela área de Fundações para levantar os parâmetros e variáveis do solo no qual as estruturas irão se apoiar. Iremos conhecer a forma de programar as atividades de investigações geotécnicas para os projetos de Fundações, as metodologias dos prin- cipais ensaios utilizados nos dimensionamentos, as normas técnicas que regem sua realização e a interpretação de seus resultados. No Ciclo de Aprendizagem 3 e 4 daremos foco à classe de Fundações Diretas Rasas, geralmente referidas como os Blocos de Fundação, as Sapatas e os Radiers. Conheceremos suas características geométricas, as formas de distribuição dos esforços da estrutura no solo de apoio, os métodos para estimar sua capacidade de carga, os cálculos necessário para definição dos parâmetros de projeto e dimensionamento. No Ciclo de Aprendizagem 5 e 6 daremos foco à classe de Fundações Indiretas Profundas, as Estacas. Conheceremos seus tipos, classificações, métodos de execução, geometria e distribuição indireta dos esforços no solo, os métodos para estimar sua resistência interna e capacidade de carga do conjunto estaca-solo, os parâmetros básicos de dimensionamento de fundações em Estacas e parâmetros de projeto. No Ciclo de Aprendizagem 7 será a vez das Fundações Diretas Profunda, os Tubulões. Enten- deremos qual a função deste tipo de categoria mista de fundação, como realizam a distribuição dos esforços das grandes estruturas às quais servem de apoio, Conheceremos suas características geométricas, as formas de distribuição dos esforços da estrutura no solo de apoio, os métodos para estimar sua capacidade de carga, os cálculos necessário para definição dos parâmetros de projeto e dimensionamento. No Ciclo de Aprendizagem 8 e 9 daremos foco às Obras de Terra. Iremos conhecer o que são estas estruturas por meio das principais estruturas deste tipo: Taludes e Encostas; Contenções; e Barragens. Serão capítulos voltados para entender quais são as finalidades destas obras, suas classificações, quais são os elementos que oferecem riscos durante sua vida útil, de que forma podemos estimar e garantir sua estabilidade, além de explorar os cálculos básicos que definem os principais parâmetros de projeto para estas obras. Você, enquanto pessoa Engenheira Civil, responsável por um projeto de estrutura, muitas vezes vai ter que lidar com escolhas: Qual tipo de Fundação utilizar para minha construção? Eu garanto es- tabilidade em maciços terrosos utilizando qual tipo de Obra de Terra? Qual material é mais resistente e econômico para ser utilizado? Como deve ser a construção para ter um bom apoio sobre o solo? Esta escolha precisa levar em conta o que é mais seguro, o que é mais confiável para garantir que sua obra fique de pé, estável. Nesta disciplina de Fundações e Obras de Terra você vai conse- guir identificar quais são os critérios necessários para garantir isso, norteando suas decisões no momento de projetar novas obras e também lidar com as incertezas da Natureza relacionadas ao apoio das edificações sobre o solo. APRENDIZAGEM CAMINHOS DE 1 2 43 5 11 83 43 113 INTRODUÇÃO ÀS FUNDAÇÕES 6 193 FUNDAÇÕES INDI- RETAS PROFUNDAS II FUNDAÇÕES DIRE- TAS RASAS I INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS FUNDAÇÕES DIRETAS RASAS II FUNDAÇÕES INDIRETAS PROFUNDAS I 147 7 233 8 273 OBRAS DE TERRA IFUNDAÇÕES DIRE- TAS PROFUNDAS 9 307 OBRAS DE TERRA II 1 Nesta unidade, você será capaz de compreender os desafios conti- dos na área de Engenharia de Fundações, compreendendo a função deste elemento dentro da estrutura e de que forma a variabilidade do solo afeta a prática das construções. Além disso, você, tam- bém, explorará os fatores que influenciam a decisão acerca do tipo de fundação adequado a cada edificação, as informações básicas necessárias para elaborar o projeto e as condições de qualidade, levando em conta, além dos aspectos de segurança da edificação e de resistência do solo, a economia da obra. Introdução às Fundações Esp. Aline Cristina Souza dos Santos. 12 UNICESUMAR Você já parou para pensar em como a estrutura de obras incríveis, que, muitas vezes, desafiam as leis da natureza, se mantém em pé? Se lhe fosse dado o trabalho de projetar a estrutura de um edifício de dois pisos, com 2.100 m² cada, suspensos do chão, numa altura de 8 m e cujo único apoio no solo seja por meio de quatro pilares, por onde você começaria? O engenheiro José Carlos Figueiredo Ferraz aceitou este desafio e obteve sucesso ao projetar e dimensionar, de forma adequada, as estruturasde um dos marcos da Engenharia e da Arquitetura brasileiras, o Museu de Arte de São Paulo (MASP), inaugurado na Avenida Paulista, em 1968. A forma inovadora proposta pela arquiteta Lina Bo Bardi para o Edifício MASP é, ainda hoje, uma das referên- cias em design artístico, porque eleva o nível das técnicas construtivas da época, provocando, mesmo nos dias atuais, a admiração dos visitantes quando se encontram sob o vão livre. Figura 1 - Vista do Edifício MASP, em São Paulo / Fonte: Cárdenas (2015, p. 76-77). Descrição da Imagem: a fotografia mostra a vista aérea da Avenida Paulista, com vários veículos transitando nas pistas e pedestres nas calçadas ao lado, mostrando o local onde se localiza o edifício do Museu de Arte de São Paulo, também conhecido como MASP, com destaque para as colunas e vigas de sustentação do edifício, na cor vermelha, as quais fazem o prédio estar suspenso do chão, criando um vão para a passagem e permanência de pessoas. O Edifício MASP possui um vão livre de 74 m e largura de 30 m, sendo que, na frente e nos fundos, há um balanço de 5 m em relação aos pilares, o qual mantém os dois pisos da edificação suspensos a 8 m do nível da rua. Uma configuração assim só foi possível devido à intensa produção por parte da Engenharia, 13 UNIDADE 1 que, na época, contava com diversos avanços no âmbito nacional. A solução estrutural para o desenho proposto por Bo Bardi, desenvolvida por Figueiredo Ferraz, permitiu a exploração da técnica do concreto armado de alta resistência aliado à técnica de protensão (método de tração dos cabos de aço dentro da armadura, antes da cura do concreto), consolidando o MASP como uma obra de destaque do Brasil. A estrutura do museu faz parte da identidade visual do edifício, constituída por dois pórticos isostáticos com dois pilares e uma viga em cada um deles, sendo as lajes engastadas e suportadas por esses pórticos. Os seus pilares possuem trechos maciços e vazados de concreto armado, com uma seção transversal de medidas externas de 4,0 x 2,5 m que terminam abaixo do nível do solo, numa base de forma achatada, a qual lembra um sapato. A fundação é a parte da estrutura responsável por transferir o peso da construção para o solo. Ela se localiza na porção inferior da obra, na maioria das vezes, enterrada, por isso, também recebe o nome de infraestrutura (a parte da estrutura que fica acima do nível do terreno é a superestrutura). Existem muitos tipos e formatos diferentes de fundação e cada uma delas tem um jeito distinto de dar estabilidade à construção. No caso do Edifício MASP, o jeito foi utilizar a sapata: esta transfere o peso da superestrutura ao solo, por meio de pressão da sua base, que mede 10 x 12,5 m e cuja altura variável é de até 4 m. A Engenharia de Fundações não é uma das áreas mais simples de lidar, justamente, porque depara-se com riscos muito elevados ao tentar conciliar o binômio “conhecido x desconhecido”, representado REALIDADE AUMENTADA Edifício MASP com suas fundações em sapatas pelas duas partes dessa área: a infraestrutura e o terreno no qual ela se apoia. Ou seja, o elemento estrutural fundação (como a sapata de concreto armado construída na base do MASP), feito de um material conhecido pelo(a) projetista, estará apoiado ou inserido dentro do maciço terroso ou rochoso (o solo do terreno), que é um material desconhecido. Por isso, mestres da Engenharia, como Vera Fernandes Hachich e Claudio Michael Wolle (2019) afirmam que uma boa investigação do terreno onde a obra será construída é o primeiro passo para a qualidade de um projeto de fundações, seguido pela boa análise destas informações e, assim, determinar as soluções (ou tipo de fundações) mais adequadas ao caso. Na primeira unidade da disciplina de Tecnologias de Construção (LUCENA; GARCIA, 2020), você conheceu, mais de perto, o caso dos edifícios inclinados de Santos-SP, onde fundações de várias construções não estavam funcionando bem devido à má decisão dos projetistas. Os problemas causados pela má interação da in- fraestrutura com o solo só se tornaram visíveis alguns anos depois da entrega da obra e, ainda hoje, os edifícios recebem serviços de manutenção para evitar o tombamento. Mas como não errar na escolha da fundação, na hora de pro- jetá-la? Existem três fatores principais que influenciam a escolha da fundação pelo(a) projetista: o tipo de solo, principalmente, 14 UNICESUMAR em relação à resistência que ele possui e como se deforma quando recebe esforços (como o peso de uma edificação); as cargas provenientes da superestrutura, que dependem da forma da estrutura definida pelo(a) projetista, durante o dimensio- namento; os valores máximos de recalques (rebaixamento), deslocamentos e distorções que a edificação pode sofrer na sua vida útil. Não existem ideias prontas de fundações para cada tipo de edificação (casa, prédio, galpão, ponte etc.). Cada caso deve ser analisado, individualmente, por um(a) engenheiro(a), pois o elemento desconhecido (o solo) é bastante variável e precisa se tornar conhecido. Para conhecer o solo de um terreno, começamos levantando informações em fontes de pesquisas confiáveis do ponto de vista técnico. As primeiras delas são as pesquisas realizadas no local, por instituições, por exemplo, as uni- versidades com cursos ligados à Engenharia e, também, empresas que lidam com o solo (sondagens, mineração ou comercialização de terra). Num segundo momento, conversamos com profissionais de Engenharia Civil e projetistas que atuam ou atuaram na região, em obras de pequeno e grande porte, reali- zando uma consultoria, ou, até mesmo, uma entrevista informal sobre quais os tipos de fundações empregados nessas obras e como foi o processo de execução (quais dificuldades encontraram na construção). O trabalho de fazer um levantamento teórico do conhecimento acumulado pela academia (artigos científicos, trabalhos de conclusão de curso, dissertações de mes- trado e teses de doutorado na área de Engenharia ou Geotecnia) e, também, pelos profissionais (de Engenharia, de projetos, comércio ou prestação de serviços ligados à construção civil) a respeito do solo local, sem realizar nenhum ensaio técnico, pode ser chamado de Reconhecimento Inicial de Solo. Vamos lá! Utilizando o seu conhecimento prévio, a leitura de fontes confiáveis de informações técnicas (artigos, trabalhos e pesquisas locais) e conversas com profis- sionais da área de construção civil (engenheiros, mestre de obras, professores etc.), faça um Reconhecimento Inicial do Solo de onde você mora. Levante as informações pertinentes sobre como é o solo na sua cidade e quais os tipos de fundações que já foram executadas nas obras locais. Por exemplo, a cidade de Sinop (Figura 2), localizada no norte do estado de Mato Grosso, já teve o seu solo investigado por instituições de pesquisa (universidades e institutos), e os resultados destas análises podem ser encontrados em diversos artigos científicos e trabalhos de conclusão de curso de Engenharia Civil, publicados online ou nos sites das instituições, permitindo conhecer algumas características desse solo. Nas palavras de Wagner Ferreira e Júlio Benatti (2017, p.1), “o perfil de solo no mu- nicípio de Sinop-MT apresenta características que limitam a utilização de fundações rasas, como a baixa capacidade de suporte e o lençol freático pouco profundo”. 15 UNIDADE 1 O pesquisador Augusto Romanini (2019) detalha que o perfil de solo típico de Sinop é composto por uma camada de silte argiloso amarelo ou variegado (de coloração indefinida) com espessura de 10 a 16 m e consistência que varia de muito mole a mole. Dependendo da região da cidade, esta primeira camada é seguida por uma outra, composta de silte arenoso concrecionado (também chamado de cascalho laterítico), de consistência compacta a muito compacta e profundidade variando de 12 a 16 m. Abaixo dessa camada de cascalho, ou, quando ela é inexistente, podem ocorrer duas situações, dependendo dolocal do terreno analisado: i) camada de silte arenoso de consistência mole à média; ii) camada de areia siltosa que vai de fofa a, medianamente, compacta. Ambas as situações ocorrem entre 14 e 30 m de profundidade, e o solo apresenta cor amarela a variegada nos metros iniciais, ter- minando em amarelo avermelhado, ou, somente, avermelhado. A partir dos 30 m de profundidade, encontra-se uma camada de resistência superior a qual poucas pesquisas registram a sua composição, pois a maioria das sondagens realizadas para reconhecimento do solo terminam nessa profundidade. O lençol freático é bastante próximo da superfície dos terrenos, com valor médio de profundidade próximo de 4 m, na época de estiagem, e 0,8 m em período chuvosos (ROMANINI, 2019). Pesquisas Figura 2 - Vista da região central de Sinop-MT / Fonte: Andrade (2017 apud ROMANINI, 2019, p. 43). Descrição da Imagem: a fotografia mostra uma vista aérea da cidade de Sinop-MT, com a principal avenida ao centro, a qual apresenta veículos em trânsito e as quadras com as edificações da cidade. Ao fundo, é possível ver a linha do horizonte arqueada devido ao foco da lente da câmera que fez o registro, separando os limites da cidade e o céu cinza-azulado com muitas nuvens brancas. 16 UNICESUMAR realizadas apontam que este comportamento da água corresponde ao relevo plano do município, o qual se encontra inserido em bacia sedimentar. Figura 3 - Exemplo de perfil do solo de Sinop-MT / Fonte: a autora. Descrição da Imagem: a imagem, desenhada e colorida, exibe dois retângulos verticais, lado a lado, que exibem faixas co- loridas na horizontal, demonstrando a sequência de camadas de solo presentes no perfil típico de solo da cidade de Sinop. No retângulo à esquerda, é apresentada a situação um: a sequência de faixa horizontal branca mostra a superfície do solo; a faixa horizontal, na cor amarela alaranjada, mostra o silte argiloso, que vai do muito mole ao mole amarelo ou variegado; a faixa horizontal, na cor cinza-clara, mostra o silte arenoso concrecionado, que vai de compacto a muito compacto. A faixa horizontal, na cor vermelha alaranjada, apresenta o silte arenoso, que vai de mole a média; de amarela a variegada inicial, a amarela avermelhada ou avermelhada final. Em seguida, há uma faixa horizontal, na cor cinza-escura, mostrando a camada desconhecida com resistência superior. No retângulo à direita, é apresentada a situação dois: a sequência de faixa horizontal branca mostra a superfície do solo; a faixa horizontal, na cor amarela alaranjada, mostra o silte argiloso, que vai de muito mole a mole amarelo ou variegado; a faixa horizontal, na cor cinza-clara, apresenta o silte arenoso concrecionado, o qual vai do compacto ao muito compacto; a faixa horizontal, na cor vermelha alaranjada, mostra a areia siltosa, que vai de fofa a, medianamente, compacta e, também, da cor amarela à variegada inicial, à amarela avermelhada ou avermelhada final. Em seguida, há uma faixa horizontal, na cor cinza-escura, mostrando a camada desconhecida com resistência superior. Profissionais de Engenharia Civil relatam que a maioria das construções do município de Sinop utili- zam fundações do tipo sapata ou radier apoiadas nas camadas superficiais do solo — evitando atingir o nível do lençol freático da cidade — ou executadas sobre camada de aterro reforçado. A cidade, também, possui edificações de grande porte que se apoiam, mais profundamente, sendo um exemplo o Edifício Residencial Ilhas Gregas, de 20 andares, localizado na região central de Sinop, cuja fundação é do tipo estacas de concreto. 17 UNIDADE 1 Edifícios com menos andares, porém de grande porte, também tiveram a execução de fundações em estacas cravadas (metálicas ou pré-moldadas de concreto) ou escavadas (de concreto, mol- dadas in loco). Desse modo, “as fundações profundas são mais adequadas em grandes estrutu- ras em Sinop-MT” (ZIMMER; ROMANINI, 2019, p. 2). Até aqui, vimos que a deter- minação do tipo de fundação que será projetada para uma obra está, diretamente, relacio- nada com as características do solo e, também, o porte e o tipo da estrutura. Dentro do papel do(a) projetista responsável pela implantação de uma edificação igual ao Edifício MASP (com as mesmas dimensões e estru- tura), em um terreno localizado no centro de sua cidade, quais tipos de fundações você reco- mendaria que fossem utilizadas para a base dos quatro pilares? Você considera que a fundação proposta por Figueiredo Ferraz (apud CÁRDENAS, 2015, p. 85), de “grandes sapatas em forma de pé de pato, enterradas no piso [...] em dimensão de 10 m × 12,5 m e altura variável até quatro metros” pode ser aplicada à construção dessa obra, em sua cidade? Registre as suas primeiras análises para esta situação, no Diário de Bordo, detalhando Figura 4 - Edifício Ilhas Gregas, no município de Sinop-MT Fonte: Imobiliária... ([2021], on-line). Descrição da Imagem: a fotografia mostra um edifício branco, estreito, de vários andares, com apartamentos residenciais e as suas respectivas varandas. O prédio está na esquina, entre uma avenida que contém árvores médias em seu canteiro central, e uma rua na qual variados veículos estão estacionados no acostamento das pistas. 18 UNICESUMAR como seria a sua proposta de fundação ao Edifício MASP que seria construído em sua cidade, e os mo- tivos que lhe levaram a esta indicação. Use, como guia para esta investigação, as informações apresentadas, nos parágrafos anteriores, sobre o município de Sinop. Pense em como informar a um(a) leitor(a) que não conhece a sua cidade as características do solo, das edificações e das fundações de onde você mora. Até aqui, você deve ter entendido que projetar a fundação de uma edificação não envolve, apenas, dimensionar o elemento estrutural abaixo da construção, mas também conhecer a estrutura do solo. Desse modo, a fundação é “um sistema formado pelo terreno (maciço de solo) e pelo elemento es- trutural de fundação e que transmite a carga ao terreno pela base ou fuste, ou combinação das duas” (ALBUQUERQUE; GARCIA, 2020, p. 3). A Figura 5 ilustra esta associação entre os elementos que compõem a fundação. 19 UNIDADE 1 Para compreender com o que a Engenharia de Fundações lida, é preciso entender que a função deste elemento, na construção, é oferecer estabilidade e segurança, ou seja, não pode causar ruptura ou deformações inaceitáveis do ponto de vista técnico. Mas vem uma dúvida: existem deformações aceitáveis? E a resposta é “sim, claro! ”. Toda estrutura é projetada para que as deformações que acontecerão (sim, elas vão e precisam acontecer) estejam dentro de certos limites aceitáveis, os quais, na linguagem da Engenharia de Es- truturas, chamamos de Estados-Limites. Se você chegou, aqui, com a disciplina de Teoria das Estru- turas — prevista para o curso de Engenharia Civil — realizada, já deve ter ouvido falar dos dois tipos de limites a serem atendidos num dimensionamento de projeto: Estados-Limites Últimos (ELU) e Estados-Limites de Serviço (ELS). Eles, também, devem ser verificados no dimensionamento das fundações e os seus valores e métodos de verificação estão previstos na norma técnica base desta área da Engenharia, a NBR 6122: Projeto e Execução de Fundações (ABNT, 2019). O capítulo 6 dessa norma (“Segurança nas Fundações”) trata de todas as situações de projeto que devem ser verificadas sobre o ELU e o ELS necessárias para garantir a segurança nos principais tipos de fundações. Figura 5 - Composição de uma fundação / Fonte: a autora. Descrição da Imagem: a imagem apresenta, no canto superior esquerdo, um retângulo horizontal, estreito, de cores cinza-clara e escura misturadas, e a palavra “infraestrutura”, em preto, no centro. Embaixo do retângulo, há o sinal de positivo, na cor preta, indicando soma. Embaixo desse sinal, no canto inferior esquerdo, há um losango na horizontal, alongado, de cor marrom clara e escura misturadas, com o termo “maciçode solo”, em preto, no centro. No meio da imagem, vê-se uma flecha, na cor preta, direcio- nando os elementos que foram somados, do lado esquerdo, a um grande elemento único, à direita, o qual apresenta forma hexa- gonal alongada na horizontal e cor indefinida que mistura tons de cinza e marrom, com a palavra “fundação”, em preto, no centro. “Então, é só seguir o passo a passo da norma NBR 6122, não é? Fundações não são difíceis”. Eu gostaria de dizer que é isso mesmo, porém, na Engenharia de Fundações, o “buraco é bem mais embaixo”, literalmente! Por que você acha que existe dificuldade em projetar fundações? Por que elas precisam de uma normativa só delas, a qual não está inclusa dentro das normas clássicas de estruturas, como a de concreto armado ou de madeira? 20 UNICESUMAR Na Engenharia de Fundações, lidamos com o elemento artificial moldado pelo ser humano (infraes- trutura) combinado ao elemento natural moldado pelo planeta (maciço de solo). Espero que você não tenha esquecido do maciço de solo, não é? Porque a Norma Técnica de Fundações não esqueceu e menciona, logo no começo de seu capítulo sobre segurança: “Deve ser considerada a sensibilidade da estrutura às deformações das fundações. Estruturas sensíveis a recalques devem ser analisadas considerando-se a interação solo-estrutura” (ABNT, 2019, p. 15). Ou seja, o solo também se deformará junto com a infraestrutura, então, é necessário prever a deformação dele. É aqui que entram os conhecimentos de Geotecnia aprendidos nas disciplinas de Geologia de Engenha- ria, Mecânica dos Solos e Mecânica das Rochas. Você já teve contato com algumas delas em sua graduação, não é? Se saiu bem aprendendo os assuntos? Espero que sim, porque precisaremos de alguns conceitos para projetar as fundações. Então, é melhor incluir, no seu material de estudo, o livro da disciplina de Me- cânica dos Solos, pois ele será uma constante fonte de consulta para relembrar e esclarecer certos conceitos relacionados à previsão de comportamento dos solos. Afinal de contas, não se espera que você, estudante, tenha decorado todo o conteúdo, então, não é ruim fazer consultas. Na verdade, é preciso se acostumar a realizá-las, pelo fato de estarmos trabalhando com duas áreas diferentes: Cálculo Estrutural e Geotecnia. Figura 6 - Composição da Engenharia de Fundações / Fonte: a autora. Descrição da Imagem: a imagem é uma ilustração que mostra, no canto superior esquerdo, um retângulo horizontal, estreito, de cor cinza clara e escura misturadas, com o termo “cálculo estrutural” em preto, no centro. Embaixo do retângulo, está o sinal de positivo, na cor preta, indicando soma. Embaixo, no canto inferior esquerdo, vê-se um losango na horizontal, alongado, de cor marrom clara e escura misturadas, com a palavra “geotecnia”, em preto, no centro. No meio da imagem, há uma flecha, na cor preta, direcionando os elementos somados, à esquerda, a um grande elemento único, à direita, de forma hexagonal, na horizontal, alongada e de cor indefinida, que mistura tons de cinza e marrom, com o termo “Engenharia de Fundações”, em preto, no centro. Entendido que o projeto de uma fundação lida com os conhecimentos de Cálculo Estrutural e Geotecnia, o que o(a) projetista precisa ter, em mãos, para começar a elaborar um projeto de fundações? Você já parou para pensar quais projetos da edificação devem ser desenvol- vidos, antes de iniciar a elaboração das fundações? E quais só podem ser feitos depois de as fundações estarem projetadas? 21 UNIDADE 1 Para iniciar um projeto de fundações, alguns documentos técnicos são indispensáveis: • Levantamento planialtimétrico: deve conter as cotas e os pontos de interesse internos e, também, dos terrenos vizinhos e lindeiros da edificação da obra a ser construída. Devem estar inclusos afastamentos, distâncias e cotas de muros, divisas, solos, edificações já construídas, árvores, córregos ou nascentes e, eventualmente, redes (elétrica, hidráulica, esgoto etc.), galerias e túneis. O ponto referencial deste levantamento deve ser o mesmo que foi utilizado no projeto de arquitetura e, também, nos Ensaios Geotécnicos (quando realizados, previamente). • Projeto de arquitetura: deve conter todas as plantas de todos os níveis (pisos) e cortes nos pontos de mais relevância que mostre as transições de alturas e posicionamento dos elementos de construção. Quando houver, deve-se detalhar, muito bem, a posição bem como a profundi- dade de poços de elevadores e reservatórios enterrados. • Ensaios geotécnicos: devem ser realizados de acordo com a característica da edificação a ser construída e as particularidades do terreno. A norma técnica NBR 8036: Programação de Sondagens de Simples Reconhecimento dos Solos para Fundações de Edifícios fornece os critérios básicos para definir se uma edificação necessita, ou não, de sondagens de solo, a sua programação, número, localização e profundidade. A exploração do solo não deve se limitar a sondagens de simples reconhecimento, pode-se complementar os estudos com outros procedi- mentos de investigação. Nestes ensaios, é indispensável el a correta verificação do tipo do solo, da espessura das camadas que o compõem e das suas respectivas resistências, da posição do nível do lençol freático (água no solo) e outros parâmetros imprescindíveis para o projeto de fundações. As quantidade, qualidade e profundidade dos ensaios e das investigações estarão, inteiramente, ligadas ao dimensionamento do elemento de fundação, sendo, muitas vezes, realizados Ensaios Geotécnicos Preliminares e, após algumas etapas de desenvolvimento do projeto solicitado, os Ensaios Geotécnicos Complementares. Ensaios geotécnicos nunca são “demais” e vale a pena investir neles, ao longo de todo desenvolvimento do projeto de fundações. • Locação de pilares e cargas na fundação: deverão ser fornecidos pelo(a) projetista estrutural com plantas, desenhos, cortes e esquemas que detalham as cargas/forças as quais a estrutura estará sujeita bem como as formas dos níveis (pisos) do térreo e do solo. Muitas vezes, o(a) mesmo(a) profissional que projeta a superestrutura também projeta a infraestrutura, o que facilita a obtenção dessas informações. • Levantamento sobre construções vizinhas: podem ser realizados na etapa de concepção da arquitetura ou de topografia (planialtimétrico), ou, ainda, nas investigações geotécnicas. Geralmente, este levantamento é realizado por um(a) profissional da área de Construção Ci- vil (técnico(a) em edificações ou engenheiro(a) civil), resultando num relatório técnico com informações das edificações vizinhas já construídas, tais como: tipo e estrutura das fundações, número de pavimentos e carga média por pavimento, desempenho das fundações, existência de solo ou de elementos enterrados, além de muitas fotos de registro com data. Afinal de contas, é preciso ter em mente que uma nova obra não pode provocar consequências e patologias (problemas de construção) em edificações construídas. Este levantamento resguarda os respon- 22 UNICESUMAR sáveis da nova obra para possíveis pedidos de indenização indevidos, ou seja, quando a edificação vizinha já tinha uma patologia prévia que não foi registrada por nenhum relatório técnico, porém tal patologia foi atribuída por seu proprietário à nova obra que se iniciou, com o objetivo de obter indenizações. É preciso ter cuidado neste item, porque, independentemente do porte da obra (pequena, média ou grande), todas estão passíveis de interferir ou sofrer interferências de edificações já construídas. É unanimidade entre bons projetistas que eles devem realizar uma visita ao local de construção da edificação, antes de iniciar o seu projeto, seja ele um projeto de arquitetura, seja de instalações, es- trutural e, também, de fundações. Ir ao local e verificar as condições do terreno, o clima, os elementos preexistentes e o acesso a recursos (água e energia elétrica) fornece uma perspectiva mais precisa so- bre o que deve ser consideradono momento de tomar as decisões relacionadas ao tipo de estrutura de fundação que será projetada. Você entendeu que uma fundação precisa seguir certo caminho de projeto, começando com os levantamentos das informações sobre a edificação a ser projetada e o solo. Se tudo isso está predefinido, por que não podemos transformar este caminho de projeto em algo automático, nos dias de hoje, com o uso de tecnologias de inteligência artificial e softwares? Por que você acha que o papel do(a) projetista de fundações ainda é indispensável nas obras? Hachich e Wolle (2019), em um dos livros de referência para enge- nheiros e engenheiras, denominado Fundações: Teoria e Prática, indica a sequência das atividades para elaboração do projeto de fundações, por meio de um fluxograma que organiza o caminho a ser seguido pelo projeto, desde os levantamentos de informações iniciais até a verificação de desempenho no pós-obra. 23 UNIDADE 1 CARACTERIZAÇÃO DO EMPREENDIMENTO: - LOCALIZAÇÃO (visita) - ARQUITETURA AVALIAÇÃO DAS ESTRUTURAS E DAS CARGAS PARA FINS DE FUNDAÇÕES PROGRAMAÇÃO DAS INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS – IG CONSULTORIA ESPECIALIZADA EXECUÇÃO DAS INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS ANÁLISE DOS RESULTADOS DAS I.G. SUFICIENTES? CONSULTORIA ESPECIALIZADA PROGRAMAÇÃO DAS INVESTIGAÇÕES COMPLEMENTARES ANÁLISE DE ALTERNATIVAS E ESCOLHA DA FUNDAÇÃO CONSULTORIA ESPECIALIZADA ELABORAÇÃO DO PROJETO Veri�cações: - segurança contra ruptura - recalque Dimensionamento dos elementos Cálculos dos quantitativos Elaboração dos textos: - memorial - especi�cações Elaboração dos desenhos Apresentação dos quantitativos EXECUÇÃO DA OBRA ACOMPANHAMENTO E/OU FISCALIZAÇÃO AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO Figura 7 - Projeto e execução de funda- ções: fluxograma de atividades Fonte: Hachich e Wolle (2019, p. 755). Descrição da Imagem: a figura ilustra um fluxograma com diversas formas geométricas desenhadas em linhas pretas sobre um fundo branco. Nestas, há diversos termos escritos em cor preta, os quais mostram partes das atividades de projeto de fundações. Essas formas estão interligadas por flechas que indicam o caminho do procedimen- to para desenvolver o projeto e a execução de fundações. Observando o fluxograma de atividades, você pode notar dois momentos bem distintos: o primeiro, composto pelas ca- racterizações, investigações e análises; e o segundo, que en- globa a elaboração do projeto, a execução e avaliação de de- sempenho. O ponto de virada entre esses dois momentos é a escolha da fundação. Esta é a decisão que revela a capaci- dade de julgamento do(a) pro- jetista de fundações, baseada em seu conhecimento teórico e na experiência acumulada, repercutindo em toda a obra e na vida útil da edificação construída. Por isso, é muito importante escolher o tipo mais adequado ao seu projeto. 24 UNICESUMAR A NBR 6122 (ABNT, 2019) organiza as fundações em dois grandes grupos: • Fundações superficiais (rasas ou diretas): aquelas que transferem a carga que recebem da edificação (superestrutura), por meio de pressão distribuída no maciço de solo pela base do elemento de infraestrutura (é daí que vem a definição de “direta”). Outra característica deste tipo é que a sua base se apoia numa profundidade do solo duas vezes inferior à menor dimensão do elemento de infraestrutura, por isso, a definição de “rasas”. Pertencem a este grupo os blocos simples de fundação, as sapatas e o radier. Figura 8 - Tipos de fundações superficiais / Fonte: a autora. Descrição da Imagem: a figura mostra um fluxograma colorido sobre fundo branco. Nesse fluxograma, retângulos vermelhos e roxos exibem palavras escritas em cor branca, indicando os tipos de fundações superficiais. Os retângulos estão interligados por linhas que indicam a relação entre esses tipos. • Fundações profundas: aquelas que transferem a carga que recebem da edi- ficação (superestrutura) no maciço de solo pela base do elemento de infraes- trutura (resistência de ponta) ou por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas. Outra característica deste tipo é que a base se apoia numa profundidade do solo oito vezes superior à menor dimensão do elemento de infraestrutura e, no mínimo, 3 m de profundidade, por isso, a definição de “profundas”. Pertencem a este grupo as estacas e os tubulões. 25 UNIDADE 1 Figura 9 - Tipos de fundações profundas / Fonte: a autora. Descrição da Imagem: a figura mostra um fluxograma colorido sobre fundo branco. Nesse fluxograma, retângulos azuis claros e escuros, verdes, laranjas e roxos exibem palavras escritas em cor branca, indicando os tipos de fundações profundas. Os retângulos estão interligados por linhas que indicam a relação entre esses tipos. Para se aprofundar no processo de tomada de decisão de um projeto de fundações, o livro 4 Edifícios x 5 Locais de Implantação = 20 Soluções de Fundações, dos autores Manoel Henrique Campos Botelho e Luis Fernando Meirelles Carvalho, e que se encontra disponível na Bibliote- ca Virtual, apresenta, de forma didática, uma discussão de casos para explicar o estudo de fundações. Temos quatro tipos de edificações (casa térrea, sobradinho, pequeno prédio de apartamentos e galpão industrial) que são analisados sob a perspectiva de como seriam as suas implantações em cinco locais, geotecnicamente, diferentes para o desenvolvimento do projeto de fundação dos mesmos. 26 UNICESUMAR Depois de escolhido o tipo de fundação, tendo, em mãos, os dados dos projetos arquitetônico e estru- tural, além das informações geotécnicas do terreno, você, projetista, elaborará o projeto de fundações buscando balancear três aspectos: • Segurança contra as rupturas. • Recalques limitados aos valores admissíveis. • Economia. A escolha de uma fundação no projeto Qualquer pessoa que começa a estudar fundações, quando chega neste ponto, tem consciência da existência de muitas opções e que é preciso acertar a escolha. E, no momento de projetar a infraes- trutura, precisamos saber: qual o tipo de fundação é a melhor para a minha edificação? As normas técnicas definem em quais casos devemos utilizar fundações rasas ou profundas? O custo para exe- cutar uma fundação deve ser levado em conta, nessa decisão, ou a garantia de segurança deve vir em primeiro lugar? É sobre estes questionamentos que conversaremos no podcast, aprofundando al- guns exemplos e desmistificando algumas noções erradas sobre a escolha de uma fundação no projeto. Acesse o link e põe para tocar! Comparação de três tipos de fundações Os critérios de segurança e os recalques serão vistos ao longo de nossa disciplina, mais a fundo, em cada tipo de fundação, o qual está ligado aos cálculos de projeto. Porém a questão da economia precisa ser um pouco mais explorada, por meio de um exemplo prá- tico que demonstre porque a escolha de uma fundação nem sempre está ligada, somente, a fatores de resistência e projeto. Nesta pílula de aprendizagem, demonstramos um cálculo simples com o objetivo de comparar três tipos de fundações para uma mesma situação de projeto. Contudo vale ressaltar que o fator decisivo à escolha recai sobre a economia no processo construtivo. Acesse o vídeo explicati- vo para ver esta demonstração! O projeto deve seguir os limites e orientações estabelecidos pela norma NBR 6122: Projeto e Exe- cução de Fundações (ABNT, 2019) e métodos de cálculo teóricos, semiempíricos e empíricos que sejam comprovados no meio da Engenharia de Fundações, inclusive, na região onde a obra ocorrerá, nos tipos de solos e fundações que a compõem. Você, enquanto projetista de fundações, deve estabe- lecer os procedimentos para o projeto, embasando e documentando os seus cálculos nos memoriais circunstanciados, além de manter o registro de todos os passos executados durante a elaboração. https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/8308 https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/8526 27 UNIDADE 1 Mas, o que, de fato, é esta documentação de projeto? Quaissão os elementos que um projeto de funda- ções deve conter, minimamente? Seguindo as orientações mais básicas e comuns a quase todo tipo de fundação (algumas mais detalhadas, algumas menos), temos os seguintes elementos que fazem parte do projeto de fundações: • Planta de locação dos elementos de fundação: dependendo do porte da obra, é necessário mais de uma planta. Porém existe preferência por colocá-la toda em uma folha só, para que seja possível visualizar a estrutura de fundação, como um todo, dentro do terreno, tal qual é representado na Figura 10. Geralmente, essa planta possui associação com a planta de pila- res, indicando os mesmos nomes e numeração que o projeto estrutural definiu para eles, a chamada compatibilidade de projetos. Deve-se indicar as cotas de arrasamento e das bases previstas dos elementos de infraestrutura, as suas dimensões nominais e as cargas que eles receberão da superestrutura. Um dos grandes profissionais da Engenharia de Fundações e da Geotecnia brasileira, Luciano Décourt, viajou o Brasil todo, em 2017, com a palestra chamada “Quebrando os Paradigmas na Engenharia de Fundações”, promovida pela Associação Brasileira de Mecânica dos Solos (ABMS). Nesta palestra, Décourt apresenta aos profissionais os questionamentos sobre as teorias e práticas para projetos de fun- dações que são utilizadas e que já deveriam ter sido substituídas por novas considerações atuais da prática. Para acessar, use seu leitor de QR Code. https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/12084 28 UNICESUMAR Figura 10 - Planta de locação de fundações: sapatas / Fonte: a autora. Descrição da Imagem: a figura mostra uma planta de projeto de fundações com linhas, texto e números escritos em preto sobre fundo branco. Os elementos quadrados e retangulares que representam as sapatas estão alinhados em eixos horizontais, os quais estão nomeados por letras de A até E, e alinhados, na vertical, em eixos nomeados por números de 1 a 4. Tais elementos também são interligados por linhas que formam faixas estreitas para as vigas baldrames. 29 UNIDADE 1 • Desenhos de apoio à execução: estes são bem detalhados, às vezes, exigindo a produção de cada um em uma folha de projeto diferente, para utilizar uma escala maior (de preferência, 1:50 ou 1:25) e detalhar bem as seções, os cortes e detalhes dos elementos de infraestrutura ou de suas partes que fazem parte da sequência executiva. A Figura 11 ilustra o detalhamento de uma fundação de bloco sobre estacas. É comum ter desenhos de elementos de fundação que indicam, ao lado um pequeno texto, a sequência de trabalhos que deve ser seguida para a sua execução, a qual foi pensada pelo(a) projetista, facilitando, assim, as instruções aos construtores no canteiro de obras. Figura 11 - Desenho de apoio à execução: geometria do bloco sobre duas estacas / Fonte: Cunha e Moura (2018, p. 7). Descrição da Imagem: a figura mostra o desenho de apoio à execução com duas vistas para o mesmo elemento estrutural de um bloco de fundação sobre duas estacas. O desenho à esquerda representa a vista, em planta, do bloco, e o desenho à direita representa a vista lateral do bloco sobre duas estacas. Os elementos são compostos por retângulos na cor cinza, representando o bloco de fundação. Um retângulo, no centro do bloco, no desenho à esquerda e em cor verde representa o pilar, com todos os elementos alinhados por eixos e cotas que identificam, em centímetros, as dimensões e distâncias • Desenhos de armações dos elementos de fundação e, quando couber, desenho das fôrmas dos elementos de fundação: muitas vezes, estes desenhos são inclusos no meio do projeto es- trutural, pois o(a) projetista que elaborou a superestrutura elaborou, também, a infraestrutura. São seguidas as mesmas simbologias para armações metálicas e fôrmas dos projetos estruturais, 30 UNICESUMAR inclusive, as mesmas escalas e linguagem de detalhamento. Isso facilita, no canteiro de obras, que os profissionais responsáveis por confeccionar esses elementos sigam o mesmo padrão de orientações e trabalho. A Figura 12 apresenta o exemplo de detalhamento estrutural de uma sapata, com a mesma forma de ilustração simplificada, as linhas e indicações de armadura utilizadas para as vigas e pilares. • Especificações executivas das fundações: consiste numa documentação que especifica o passo a passo dos serviços de construção dos elementos de fundação: limpeza do terreno, even- tuais escavações ou aterros, sequência de instalação de armaduras e fôrmas (quando houver), realização de ensaios de verificação durante a execução, armazenamento de materiais e outras ações que sejam necessárias. Nem sempre uma obra de fundação necessita deste detalhamento de serviços, porém é muito comum nos casos de terrenos e tipos de fundações não comuns para a região. É neste documento que o(a) projetista consegue reunir todas as indicações de trabalho que devem ser seguidas pelos profissionais que atuarão na obra, com vistas a garantir a qualidade e a fidelidade dos serviços em relação ao projeto elaborado. Muitas vezes, essas especificações reproduzem as determinações de procedimentos contidos em normas técnicas ou em manuais de execução elaborados por instituições reconhecidas, nacionalmente, ligadas às fundações, por exemplo, a Associação Brasileira de Empresas de Engenharia de Fundações e Geotecnia (ABEF) e a Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica (ABMS). Figura 12 - Desenho de armação: sapata com um pilar / Fonte: a autora. Descrição da Imagem: a figura mostra o desenho ilustrativo do projeto estrutural de fundações com duas vistas para o mesmo elemento — uma sapata isolada conectada a um pilar retangular. O desenho à esquerda representa a vista, em planta, da sapata, enquanto o desenho à direita representa a vista lateral da sapata, por isso, contém as linhas indicativas do posicionamento das armaduras dentro da sapata. Os elementos são compostos por linhas na cor preta sobre fundo branco, cotas que identificam, em centímetros, as dimensões e distâncias bem como linhas representando as armaduras que serão posicionadas na execução das fundações, inclusive, as suas indicações de nome, tamanho, dimensões e indicações técnicas. 31 UNIDADE 1 • Memorial de cálculo do projeto ou memorial circunstanciado: registra todos os cálculos, parâmetros adotados e métodos utilizados para o dimensionamento das fundações. Este documento, muitas vezes, não é incluso nos papéis entregues ao cliente ou aos construtores, mas mantido pelo(a) profissional projetista em seus arquivos (físicos ou digitais). Muitas ferramentas digitais (softwares de projeto) possuem a opção de exportar os cálculos que foram utilizados na determinação dos elementos e, em muitas ocasiões, é apresentado como documentação de cálculo, porém o importante é o(a) projetista ter disponível ao cliente ou a eventuais demandantes, quando necessário, esta memória de cálculo e dimensionamento de obras das quais foi responsável. O início do desenvolvimento dos cálculos de estruturas de fundações se ini- cia com os critérios definidos por duas principais normativas: a NBR 8681: Ações e Segurança nas Estruturas – Procedimento, a qual estabelece os requisitos exigíveis para a verificação da segurança nas estruturas mais utili- zadas na construção civil; e a NBR 6122: Projeto e Execução de Fundações (ABNT, 2019), em que são definidos os critérios gerais que regem o projeto e a execução das estruturas convencionais de Engenharia Civil (residências, edifícios de uso geral, pontes, viadutos etc.). São nestas normativas que sabe- remos como quantificaremos e combinaremos as ações (também chamadas de cargas) que a edificação estará transferindo à fundação e utilizadas no dimensionamento dos elementos. Para dimensionar, corretamente, a fundação, não basta saber, apenas, as ações da superestrutura; é preciso entender de que forma o elemento estru- tural da fundação interagirá com o maciço do solo.Entendendo que estamos lidando com um corpo rígido (elemento de infraestrutura) imerso em um meio, aproximadamente, elástico (solo), o comportamento da fundação resultará da combinação entre as características do solo e do processo de execução (o qual insere o elemento estrutural da fundação no meio natural). De forma geral, os elementos de infraestrutura transferem a sua carga ao solo por resistência lateral e de ponta (também chamada de base). De acordo com a forma geométrica do elemento, a direção e o sentido das forças atuantes sobre ele e sobre o solo podem variar de caso a caso. No caso das fundações rasas ou diretas, a resistência lateral é desprezada, sendo considerada, somente, a resistência de ponta. Neste caso, tal resistência primordial é denominada resistência de base, porque consiste na pressão que a área da base do elemento exerce sobre o maciço de solo no qual ela se encontra apoiada. 32 UNICESUMAR Nos casos das fundações profundas, podemos ter a situação cujo elemento atravessa diversas camadas de solo que não são nem resistentes o suficiente para oferecer estabilidade, nem para oferecer resistência lateral, apoiando-se, então, numa camada resistente mais profunda. É o caso de algumas estacas e de quase todos os tubulões que apresentam este comportamento de ponta. Figura 13 - Esforços característicos de uma fundação rasa / Fonte: Albuquerque e Garcia (2020, p. 15). Descrição da Imagem: a imagem mostra um desenho ilustrativo com o nome “vista em corte”, mostrando uma sapata isolada conectada a um pilar retangular, ambos em vista lateral. O elemento é composto por uma forma geométrica piramidal na cor cinza-clara, inserido em um encaixe retangular no solo, com uma série de flechas, na cor preta, apontando para cima, alinhadas, lado a lado, em contato com a base da sapata, as quais indicam a reação do solo, nomeada pela indicação rP. Na porção superior, há uma única flecha, na cor preta, apontada para baixo, alinhada no centro do pilar, mostrando a letra P, esta nomeia essa força de ação sobre a sapata. O elemento contém eixos alinhados na porção inferior e nas laterais, como cotas que identificam as letras que nomeiam as dimensões características. No canto superior direito, há a equação que relaciona as forças, ações e reações representadas na figura. 33 UNIDADE 1 Porém, nas fundações profundas do tipo estaca, o caso mais comum é o de comportamento misto, em que existe a contribuição da resistência de atrito lateral e, também, de ponta, para o elemento que se encontra inserido no solo. Figura 14 - Fundação profunda: comportamento de ponta / Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). Descrição da Imagem: a imagem mostra o desenho de dois elementos alongados de fundações inseridos numa faixa branca, a qual é nomeada “camada de baixa resistência”, cuja ponta, na porção inferior, está inserida numa camada cinza-clara chamada “camada resistente”, ambos em vista lateral, com o nome do elemento da esquerda, “estaca”, e, no elemento da direita, o nome “tubulão”. O elemento “estaca” é de cor branca com algumas manchas cinzas, ele tem flechas pretas em contato com as suas laterais esquerda e direita, na sua base, em forma triangular, com a ponta para baixo e, no seu topo, com a indicação da força de solicitação P em única flecha vertical, alinhada ao centro do elemento. O elemento “tubulão” é de cor marrom clara, com algumas manchas cinza-clara, tem flechas pretas em contato com as suas laterais esquerda e direita, na sua base, em forma de pirâmide, e, também, no seu topo, com a indicação da força de solicitação P em única flecha vertical alinhada ao centro do elemento. No canto inferior direito, há a equação que relaciona as forças, ações e reações representadas, na figura, pelas flechas.. 34 UNICESUMAR Além das resistências laterais e de ponta/base, é, extremamente, importante avaliar o desempe- nho da fundação, para analisar a interação so- lo-infraestrutura. Esta avaliação é feita por meio dos dados que monitoram o comportamento dos elementos inseridos no maciço de solo, quando recebem carregamento. A norma técnica NBR 6122 (ABNT, 2019) torna obrigatório avaliar o desempenho das fundações, nos seguintes casos: • Quando a infraestrutura possui uma car- ga variável significativa, se comparada à carga total. • Em edificações com mais de 55 m de altura. • Quando a relação H/B (H = altura; B = menor dimensão) for superior a 4. • Se as fundações ou estruturas da edifica- ção serem de tipos não convencionais (não constantes na norma técnica). O monitoramento do comportamento dos ele- mentos de fundação pode ser realizado por meio das provas de carga, ou seja, testes monitora- dos do elemento de fundação no terreno onde a obra ocorrerá. É previsto que sejam obrigatórias as realizações de provas de carga em obras cuja fundação em estacas tiver um número de estacas superior ao valor especificado na coluna (B) da Tabela 6 do item 9.2.2.1 da NBR 6122. Veremos os valores correspondentes a esta tabela, mais adiante, quando tratarmos, especificamente, das fundações profundas do tipo estacas. Figura 15 - Fundação profunda: comportamento de ponta Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). Descrição da Imagem: a imagem mostra o desenho de um elemento de fundação do tipo estaca inserido numa faixa branca que ilustra o solo. O elemento é de cor branca com algumas manchas cinzas, tem flechas pretas em contato com as suas laterais esquerda e direita, na sua base, em forma triangular, com ponta para baixo, assim como no seu topo, com a indicação da força de solicitação P em única flecha vertical, alinhada ao centro do elemento. No lado esquerdo, existe a indicação, em cota do eixo, repre- sentando a medida de comprimento H da estaca. No canto inferior direito, há a equação relacionando as forças, ações e reações representadas, pelas flechas, na figura. Finalizando este ciclo, chamamos a sua atenção para dois pontos principais sobre as fundações: i) a geotecnia do maciço de solo acrescenta o elemento do desconhecido (incerteza, variabilidade) no projeto de fundações. Exigindo do(a) projetista de Fundações vasta capacidade criativa para conciliar isso ao cálculo estrutural, o qual necessita da precisão de valores e métodos; ii) deve-se evitar, a todo custo, as generalizações. Na área de Fundações, as obras têm peculiaridades que as tornam únicas, sejam nas situações de projeto, sejam nas execuções. Nas palavras do engenheiro civil Ralph Brazelton Peck (apud VELLOSO; LOPES, 2011, p. 1), um dos mais importantes nomes da área geotécnica: 35 UNIDADE 1 “ “Como a natureza é infinitamente variável, os aspectos geológicos de nossa profissão nos garantem que nunca haverá dois trabalhos exatamente iguais. Portanto, nunca devemos temer que nossa profissão se torne rotineira ou monótona. Se for o caso, podemos ter certeza de que não o estaríamos praticando adequadamente”. De forma prática, podemos dizer que as fundações são o início de toda construção, são a base da obra. Elas abrangem todos os elementos de infraestrutura da Engenharia, ou seja, aquela parte da edificação que ficará enterrada no solo. Por isso, a escolha do tipo de fundação não dependerá, apenas, do tipo da construção (residência, prédio, galpão, ponte etc.), mas, principalmente, das características do solo no terreno da obra. Quando o(a) engenheiro(a) civil compreende os conhecimentos envolvidos na con- cepção das fundações, consegue traçar, com mais segurança, o caminho de desenvolvimento do projeto, sempre atento(a) aos elementos que interferirão na sua obra e durante toda a vida útil da edificação. Trabalhar com fundações, em Engenharia Civil, requer muito conhecimento técnico, vivência de obra e criatividade. Na maior parte do tempo, o(a) projetista de fundações mantém contato próximo com os profissionais responsáveis por arquitetura, cálculo estrutural, topografia, sondagens de solo, instalações e paisagismo, dependendo dasinformações fornecidas por estas áreas, ao mesmo tempo em que as decisões de projeto dele(a) determinam ou influenciam a execução de todos os serviços da obra. 36 No dia a dia profissional da Engenharia Civil, é muito importante realizar a gestão das informações de uma obra para potencializar o seu trabalho ou de uma equipe. O mesmo deve ser feito com todo o conhecimento adquirido em sua formação, é preciso que você, enquanto profissional, saiba em qual momento ele pode ser aplicado num projeto. Passamos por uma quantidade bem grande de conceitos e definições nesta unidade, agora, rea- lizaremos uma atividade de “Arquivologia Mental”. A seguir, estão embaralhados vários termos, conceitos e nomes relacionados ao que vimos nesta unidade e outros que fazem parte da prática de Engenharia Civil. Encontre as informações que serão úteis para o projeto de fundações e des- taque-as das demais (utilize um marcador de textos ou circule as palavras). Em seguida, escreva os nomes delas no fluxograma de atividades, presente na etapa da qual fazem parte. Caso você perceba que estão faltando documentos ou informações importantes para o desenvolvimento do projeto, anote-os, com uma breve descrição de sua utilidade, no espaço disponível. Alvará de construção Desenho de elementos de vedação Execução de emboço Memorial de cálculo de aterro Peso de equipamentos �xos Projeto de drywall Rejuntamento ART – Arquitetura Diagrama uni�lar Gabarito Memorial de cálculo de fundações Pisos vinílicos Projeto de fundações Relatório de prova de carga Assentamento de azulejo Documentos do proprietário Gestão de Qualidade Memorial de segurança PPCI Planta de pilares Projeto de paisagismo Resistência de ponta Carga de incêndio Ensaios Geotécnicos Complementares Instalação de armadura de infraestrutura Nivelamento do revestimento Planta de risco Projeto elétrico Segurança Comprovante de dominalidade de terreno Ensaios in natura Julgamento pro�ssional O�cio de apresentação Plantas topográ�cas Projeto estrutural Sondagens de reconhecimento Contrapiso Escavação de terreno Laudo de Vistoria da Vizinhança O�cio de Encaminhamento de Documentos Poliestireno expandido (EPS) Quadro de cargas Tesoura de madeira Cronograma físico-�nanceiro Esforços de superestrutura Lençol freático Patologias pós-obra Projeto de cabeamento estruturado Quadro de esquadrias Veri�cação de ELU e ELS Deformação do solo Estanqueidade ao ar Locação de fundações Per�l do solo Projeto de cobertura Recalques admissíveis Visita ao terreno 37 1 - CARACTERIZAÇÃO DA CONSTRUÇÃO 2 - AVALIAÇÃO DAS ESTRUTURAS E CARGAS 3 - INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS 4 - ESCOLHA DA FUNDAÇÃO 5 - ELABORAÇÃO DO PROJETO 6 - EXECUÇÃO DA OBRA 7 - AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO 38 1. Todo projeto de fundações requer um levantamento preliminar de informações para o seu planejamento. Estes dados são divididos em quatro grandes grupos, de acordo com a sua natureza: Topografia, Geotecnia, estrutura a construir e construções vizinhas. Sobre o estudo da Geotecnia, que é realizado para fundações, assinale a alternativa que descreve, corretamente, algumas das informações levantadas neste tipo de investigação: a) Reunião de dados sobre a tensão da rede que será instalada na edificação, máquinas ou equipamentos de instalação fixa, lista de componentes, layout, diagrama elétrico, distribuição de cabos e posicionamento das tomadas. b) Identificação das camadas do solo e a profundidade de cada uma delas, dados referentes ao valor de compressibilidade e resistência dos solos bem como ao nível do lençol freático. c) Tipo e uso da nova edificação, o sistema construtivo e estrutural empregado e a inten- sidade e posicionamento das cargas que serão transmitidas ao solo. d) Custos envolvidos na construção da nova obra, prazos definidos pelo cronograma de execução, existência de estruturas ou construções subterrâneas (como porão, fossas e sumidouros). e) Dados sobre estabilidade de taludes e encostas no terreno, histórico de erosões da região e perfil geométrico da área para saber se haverá necessidade de serviços de movimentação de terra (cortes e aterros). 2. Para melhor entendimento das características dos tipos de fundações, a NBR 6122: Projeto e Execução de Fundações (ABNT, 2019) estabelece a sua classificação em dois grandes grupos: fundações superficiais (rasas ou diretas) e fundações profundas. Com relação às características das fundações superficiais, assinale a alternativa correta: a) Neste tipo de fundação, a profundidade de assentamento em relação ao terreno ad- jacente deve ser oito vezes igual ou maior do que a menor dimensão do elemento. A cota de assentamento mínima de seu elemento é de 3 m. b) Os seus elementos interagem com o solo, principalmente, pela resistência de ponta, por isso, apresentam uma base alargada. Incluem-se, neste grupo, os blocos, os tubulões, as estacas moldadas in loco e os radiers. c) Estas fundações são empregadas quando as camadas superficiais do solo são capazes de suportar as cargas da construção. O seu elemento transmite a carga ao terreno pelas tensões distribuídas sob a base da fundação. d) Geralmente, é o tipo mais complexo de fundação, principalmente, pela necessidade de equipamentos sofisticados. Os seus elementos são executados, inteiramente, por máquinas e ferramentas, sem que haja descida de pessoas. e) Podem ser constituídas de: madeira, aço, concreto pré-moldado, concreto moldado in loco ou uma combinação das anteriores. Quando feitas de concreto moldado in loco, executam-se perfurações prévias no solo. 39 3. A utilização do método de Estudo de Caso é muito empolgante sob o ponto de vista didático, fugindo da “lengalenga” dos textos tradicionais e indo direto ao conhecimento prático. Nesta atividade, teremos um breve Estudo de Caso envolvendo a escolha de fundação adequada para as seguintes edificações: Tipo do edifício Características dos esforços nas fundações Casa térrea isolada Carga vertical positiva, distribuída, bastante baixa*. Sobrado estruturado Carga vertical, positiva, concentrada e baixa*. Prédio de concreto armado com três pavimentos + térreo Carga vertical, positiva, concentrada, média intensidade. Galpão industrial Carga vertical, positiva e negativa, momento fletor e carga horizontal. *Carga baixa: carga de pequena intensidade. Quadro 1 - Edificações para Estudo de Caso / Fonte: Botelho e Carvalho (2015, p. 17). O terreno no qual estas edificações serão construídas possui o seguinte perfil do solo: Figura 1 - Exercício 3: sondagem no local / Fonte: adaptada de Botelho e Carvalho (2015) Descrição da Imagem: a imagem desenhada exibe um retângulo vertical dividido ao meio por uma faixa que inter- cala coloração branca e preta, cores estas indicativas da profundidade, metro a metro. Também há faixas horizontais em diferentes tons de cinza e listrados, demonstrando a sequência de camadas de solo presentes no perfil do solo presente na sondagem do local. 40 Neste caso, encontram-se disponíveis para escolha os tipos de fundações mais comuns executadas no Brasil, são elas: fundação superficial por sapatas; fundação profunda por estacas de concreto moldadas in loco; fundação profunda por estacas de concreto pré-moldadas e fundação profunda por tubulões a céu aberto. A seguir, serão apresentadas algumas sugestões preliminares para as fundações dessas edificações, quando executadas no terreno proposto. Utilize os seus conhecimentos sobre a escolha de fundações, adquiridos nesta unidade, e aponte qual delas concilia os princípios de segurança, recalques admissíveis e economia buscados na Engenharia De Fundações: a) Tomando, por base, o estudo da estrutura da casa térrea, teremos uma carga distri- buída ao longo das paredes laterais externas e junto às fundações. Como o nível da água é baixo e o terreno é muito bom, com camadas resistentes de solo próximas da superfície (cota 0,00), a melhor soluçãoé a fundação superficial por sapata. Esta alternativa apresenta economia na execução da obra porque não necessita atingir grandes profundidades. b) Quando temos a execução de um sobrado estruturado (edificação cuja estrutura é composta por lajes, vigas e pilares que concentram a descida das cargas pelos pilares) em um local com características ruins (aterro sobre argila mole), com camadas pouco resistentes de solo próximas da superfície (cota 0,00), optar pelo uso de fundações profundas por tubulões a céu aberto garantirá segurança à estrutura, pois os ele- mentos de fundação se apoiarão em camadas mais resistentes do solo. Esta alternativa apresenta muita economia para a execução da obra porque é executada em camadas superficiais do solo. c) O nosso prédio de concreto armado tem um andar subterrâneo, por isso, a pressão da água poderia preocupar na sua construção. Porém a sondagem mostra que o Nível da Água (N.A.) é muito baixo, portanto, não haverá preocupante subpressão. Como o nível da água é baixo, e o terreno é superficial com características ruins (aterro sobre argila mole), com camadas pouco resistentes de solo próximas da superfície (cota 0,00), a melhor solução é a fundação profunda por estacas de concreto mol- dadas in loco. Esta alternativa é a que garantirá segurança para a estrutura, pois os elementos de fundação serão longos e se apoiarão em camadas mais resistentes do solo. Os preços por metro de comprimento das estacas moldadas in loco costumam ser menores do que das estacas pré-moldadas e dos tubulões, devido à simplicidade dos equipamentos envolvidos na sua execução, à ausência de perdas (não há sobras de materiais) e a menos riscos para os operários e profissionais da obra. 41 d) Analisando o galpão industrial, temos cargas sobre as fundações que precisam ser consideradas: peso permanente da estrutura (carga vertical); ação do vento (carga horizontal); peso da estrutura metálica de cobertura (sobrecarga); e mais o peso da fundação. Quando ocorre vento, supõe-se que não haja sobrecarga para a estrutura, tornando as solicitações transmitidas às fundações muito mais leves. Neste caso, temos um terreno superficial de características ruins (aterro sobre argila mole), o que indica que devemos adotar a solução de fundação profunda por estacas de concreto pré-moldadas apoiadas na cota 6,00 m. Esta alternativa não apresenta a melhor eco- nomia dentre as opções dadas, porque é executada por meio de serviços complexos que exigem equipamento e mão de obra qualificada à cravação das estacas. Porém, como o comprimento será de, no máximo, 6 m de profundidade até atingir a camada mais resistente do solo, o custo será compensado pelo benefício de garantir segurança contra recalques e deslocamentos da fundação pelas ações de vento e sobrecarga. e) O nosso prédio de concreto armado tem um andar subterrâneo, por isso, a pressão da água poderia preocupar na sua construção. Porém a sondagem mostra que o Nível da Água (N.A.) é muito baixo, portanto, não haverá preocupante subpressão. Como o nível da água é baixo e o terreno é muito bom, com camadas resistentes de solo próximas da superfície (cota 0,00), a melhor solução são as fundações superficiais por sapatas. Utilizando sapatas centradas para os pilares internos e sapatas excên- tricas alavancadas para as sapatas de divisa, conseguiremos distribuir a carga baixa que a superestrutura imprime ao solo, por meio de pressão na base, sem perigo de haver recalques além dos admissíveis, graças à escolha de uma fundação segura. Esta alternativa apresenta muita economia na execução da obra, pois é executada por meio de serviços simples, como: escavação manual, posicionamento de armadura e con- cretagem, com riscos mínimos para os operários e profissionais de inspeção da base. 42 2 A Investigação Geotécnica é pré-requisito para projetos seguros e econômicos na área de Fundações e Obras de Terra. Esta unidade contempla os cuidados na programação e execução das principais investigações de campo, apresentando um panorama geral das principais Prospecções Geotécnicas (Ensaios Geofísicos de Palheta, de Cone, Dilatométrico, Pressiométrico e SPT). Você aprofundará a descrição geral, as normativas associadas, os procedimentos, os índices mensurados e a interpretação dos dados bem como as recomendações de uso e aplicação. Investigações Geotécnicas Esp. Aline Cristina Souza dos Santos 44 UNICESUMAR Pare um pouco e pense no solo do terreno mais próximo de você. Do que ele é feito? Certamente, você lembrará das aulas de Mecânica dos Solos e saberá que este material natural é composto por grãos de rochas formados ao longo de milhares de anos, além de conter certo percentual de umidade (água) e espaços vazios (ar). Talvez, tenha lembrado, ainda, que, dependendo da proporção destes três compo- nentes, o solo se comporta de formas diferentes. O maciço de solo (terreno) faz parte do que chamamos de fundação de uma obra (conceito que vimos na unidade anterior). Mas o que é preciso saber a respeito do solo para construir sobre ele? Quais ensaios e experimentos devem ser feitos e como são utilizados os seus resultados na elabo- ração de um projeto de fundações? Manuel Henrique Campos Botelho (2015), em seu livro Princípios da Mecânica dos Solos e Funda- ções para Construção Civil (disponível na Biblioteca Virtual da Unicesumar) conta um caso interessante envolvendo solos na construção de uma edificação de, apenas, um andar, sem estudo algum de fundações. N.T. CENTRO COMUNITÁRIO Descrição da Imagem:a figura apresenta uma ilustração em tons de cinza, que mostra a vista frontal de uma edificação com duas portas e três janelas e teto chanfrado, acima das portas está escrito “Centro Comunitário”. À esquerda, há uma flecha indicativa para baixo, nela está escrito “N. T.”. À direita, ao lado da edificação, está uma mulher em pé com uma das mãos na cintura. Figura 1 - Centro Comunitário / Fonte: Botelho (2015). O autor não cita nomes ou datas na narração do caso, porém quem já se interessou por saber como são construídas as obras públicas terá certa familiaridade com os eventos. É possível até que você consiga lembrar de outro caso bem parecido, acontecendo, neste exato momento, em sua própria cidade. Mas vamos ao caso: A prefeitura contratou o projeto arquitetônico para um centro comunitário que teria as seguintes características: edificação térrea; área construída de 700m²; paredes de blocos de concreto; telhado com lajes treliçadas. Neste projeto, não constava nenhuma indicação sobre as fundações da construção e mostrava a alvenaria (paredes) terminando no Nível do Terreno (N.T.). 45 UNIDADE 2 A construtora que ganhou a concorrência pública para construir o centro comunitário questionou o responsável técnico da prefeitura (o fiscal da obra) sobre como seriam as fundações e ele fez a seguinte instrução: “Façam, a 30 cm de profundidade, ao longo de todas as paredes internas e externas da edificação, uma sapatinha de concreto armado com cerca de 30 cm de largura”. (BOTELHO, 2015, p. 158). Sem nenhuma investigação do subsolo ou estudo de alternativa de fundação que melhor se adequasse à estrutura e ao maciço do solo, ou seja, ocorreu absolutamente nada das etapas de desenvolvimento que vimos na Unidade 1 para um projeto de fundações. Com o centro comunitário construído e iniciando o seu uso, começaram a aparecer fissuras (aberturas estreitas) nas alvenarias. Com o passar do tempo, essas fissuras se transformaram em trincas (aberturas largas), e o corpo técnico da prefeitura interditou o prédio. Depois de três meses, o prédio todo inclinou e um inquérito na prefeitura foi iniciado para descobrir o culpado e definir a responsabilidade pelos danos. É quando uma notícia muito importante vem a conhecimento público: o terreno do centro comunitário havia sido local de depósito de lixo no passado e o seu solo era composto por uma camada de rejeitos compactados (aterro) de pouco mais deum 1,50 m de espessura com solo natural (terra) lançado como cobertura, ocultando-o. Só então foram realizadas Investigações Geotécnicas para conhecer aquele solo com algumas sondagens (perfurações no terreno). O desfecho para este caso pode ser encontrado no capítulo 33, intitulado “Casos interessantes de Mecânica dos Solos e Fundações” no livro Princípios da Mecânica dos Solos e Fundações Para a Construção Civil de Manuel Henrique Botelho, de 2015 (dis- ponível na Biblioteca Virtual da Unicesumar), porém é a sua vez de fazer uso de seus conhecimentos sobre fundações e solos acumulados, até aqui, e colocar-se no lugar do corpo técnico responsável pelo inquérito. A sua tarefa é analisar as informações no caso do centro comunitário e emitir um parecer sobre a responsabilidade pelo ocorrido. O parecer é um texto de algumas linhas, como a conclusão de um artigo científico, no qual você explicará em que etapa houve erro de pro- cedimento, qual foi esse erro e apontar quem é o(a) profissional responsável por essa etapa. Quem seria o responsável pelo problema das fundações na obra do centro comuni- tário? O(a) projetista da arquitetura? A construtora? O fiscal? Elabore o seu argumento no parecer técnico de quem deveria ser responsabilizado pela negligência do projeto de fundações no caso do centro comunitário. Você pode pesquisar casos semelhantes no local onde você vive e, também, alguns famosos, como os prédios tortos de Santos-SP, que tiveram problemas nas fundações e entortaram. Cite-os em seu texto como forma de referenciar a origem de seu conhecimento. Registre, no Diário de Bordo, o seu parecer sobre o caso do centro comunitário e, tam- bém, as suas reflexões sobre a solicitação de investigações geotécnicas em obras. 46 UNICESUMAR O caso do centro comunitário é um exemplo bastante prático de como uma construção inteira entra em risco porque não foram realizadas investigações do subsolo nem na etapa de projeto, nem antes de iniciar as obras. Sondagens e reconhecimento de solo, normalmente, têm o seu custo variando entre 0,2% e 0,5% do custo total de uma obra, um preço baixo para reduzir riscos de colapso (SCHNAID; ODEBRECHT, 2012). Mas será que todas as obras e projetos precisam de Investigações Geotécnicas? Edificações pe- quenas também? Veremos o que a nossa norma técnica base para fundações, a NBR 6122: Projeto e Execução de Fundações, aponta em seu capítulo 4 “Investigações geológicas e geotécnicas”: “ Para qualquer edificação, deve ser feita uma campanha de investigação geotécnica preliminar, constituída, no mínimo, por sondagens a percussão (com SPT), visando a determinação da estratigrafia e classificação dos solos, a posição do nível d’água e a medida do índice de resistência à penetração NSPT, de acordo com a ABNT NBR 6484. Na classificação dos solos, deve ser empregada a ABNT NBR 6502 (ABNT, 2019, p. 3). DIÁRIO DE BORDO 47 UNIDADE 2 A normativa aponta que qualquer edificação deve ter Investigações Geotécnicas Preliminares, indicando, inclusive, qual o tipo de sondagem e as normas as quais essas análises devem se basear. Não há exceções! Qualquer tipo de obra necessita de uma investigação do subsolo para que seja executada, contando com, no mínimo, sondagens à percussão. Para escolher o método de investigação (escavação, sondagem, ensaios de campo, ensaios de labo- ratório etc.), deve-se levar em conta a finalidade e a proporção da obra; as características do terreno; as experiências práticas locais e o custo dos métodos. Todas estas condições serão analisadas pelo(a) profissional de Engenharia responsável pelas análises geotécnicas e/ou projeto de fundações, deter- minando, então, um plano de investigação e as etapas que farão, ou não, parte dele. De acordo com os critérios estabelecidos pela NBR 6122 (ABNT, 2019), podemos ter um ou dois tipos de Investigação Geotécnicas, sendo elas: • Investigação Geotécnica Preliminar: é o conjunto de métodos de investigação básicos cons- tituído por, no mínimo, sondagens à percussão (com ensaio SPT). A sua realização é indicada para qualquer edificação, independentemente de seu porte ou forma. Dentre as informações coletadas estão: estratigrafia e classificação das camadas do solo; posição do nível d’água; índice de resistência à penetração nspt. • Investigação Geotécnica Complementar: é o conjunto de métodos de investigação suplementares constituídos por sondagens adicionais, instalação de indicadores de nível d’água, piezômetros ou ou- tros ensaios de campo. A sua execução é realizada, sempre, após a Investigação Preliminar e indicada devido a peculiaridades do subsolo ou do projeto; dúvida quanto à natureza do material impenetrável à percussão e diferenças entre as condições locais e as indicações fornecidas pela investigação preliminar. Visam a determinar parâmetros do solo, tais como: resistência; deformabilidade e permeabilidade. Agora que sabemos a importância de conhecer e caracterizar o subsolo, além das indicações da prin- cipal normativa brasileira de fundações para essa etapa do projeto, entenderemos, um pouco mais, como planejar a Investigação Geotécnica. Programa de Investigação do Subsolo Vimos, na unidade anterior, quais são os documentos técnicos indispensáveis para iniciar o projeto de fundações e, neste caso, as sondagens fazem parte do projeto geotécnico, muitas vezes, referido, apenas, como projeto ou programa de sondagens. As sondagens são perfurações realizadas num terreno para verificar as características dele, sem alterar as condições naturais do mesmo, ou seja, as sondagens são a ausência de grandes escavações. A normativa técnica NBR 8036 – Programação de Sondagens de Simples Reconhecimento dos Solos para Fundações de Edifícios (ABNT, 1983) especifica o planejamento da quantidade de furos, da localização e das profundidades das sondagens. O quadro, a seguir, apresenta a quantidade de sondagens mínimas em função da projeção em planta da obra. 48 UNICESUMAR Projeção em planta (m²) Número mínimo de sondagens Observações Até 200 2 Na prática, adota-se, no mínimo, três furos para edificações até 200 m² de projeção em planta. 200 a 400 3 Quantidade fixa. 400 a 600 3 Mínimo de um furo para cada 200 m² de projeção em planta da edificação. 600 a 800 4 800 a 1000 5 1000 a 1200 6 1200 a 1600 7 Correspondente a um furo para cada 200 m² de projeção, em planta da edificação, para os primeiros 1200 m² de área total e um furo para cada 400 m² de projeção excedente. 1600 a 2000 8 2000 a 2400 9 Acima de 2400 Quantidade de acordo com o plano particular da construção, critério estabelecido pelo(a) projetista. Quando ainda não há projeção em planta da obra (ex.: estudos de viabilidade ou de escolha do local). O número de sondagens deve ser fixado de forma que a distância máxima entre elas seja de 100 m, com o mínimo de três sondagens. Quadro 1 - Quantidade de sondagens mínimas para projetos, segundo a NBR 8036 / Fonte: adaptado de ABNT (1983). A localização e, também, a profundidade que as sondagens devem alcançar num mesmo terreno de- pendem do tipo de estrutura que será construída, as suas características especiais e das condições do subsolo. A localização das sondagens dependerá da fase do projeto em que elas serão executadas, obedecendo às seguintes regras gerais: • Fase de estudos preliminares: as sondagens devem ser, igualmente, distribuídas em toda a área. • Fase de projeto: podem localizar-se de acordo com um critério específico que leve em conta pormenores estruturais. Quando o número de sondagens for maior do que três, elas não devem ser distribuídas ao longo de um mesmo alinhamento. Já a profundidade das sondagens deve ser determinada de acordo com as características da estru- tura, de suas dimensões em planta, da forma da área carregada e, também, das condições geotécnicas e topográficas locais. Como regra geral, as sondagens devem ser realizadas até a profundidade na qual o solo não receba cargas estruturaissignificativas das fundações, fixando aquela cujo acréscimo de pressão seja menor do que 10% da Pressão Geostática Efetiva. A NBR 8036 (ABNT, 1983) indica um ábaco, em forma de gráfico, como guia para a estimativa da profundidade da sondagem. 49 UNIDADE 2 NBR 8036 A norma NBR 8036 (ABNT, 1983) estabelece mais critérios para de- terminar qual será a profundidade máxima que as sondagens devem atingir durante a sua perfuração, porém a principal começa com o uso desse gráfico. Realizamos uma demonstração da determinação da profundidade de sondagem, por meio de um breve exemplo, em nossa Pílula de Aprendizagem. Confira o vídeo e entenda como uti- lizar as informações prévias do seu projeto e o gráfico da norma técnica para estimar a profundidade mínima da sondagem. As investigações do subsolo, também chamadas de Prospecção Geotécnica, são executadas com base em ensaios de campo no terreno de implantação da obra. Nas últimas décadas, foram introduzidos, na área da Geotecnia, novos e modernos equipamentos de investigação que permitem utilizar novas tecno- logias para determinar diferentes condições do solo natural. Neste material, aprofundaremos, apenas, as técnicas que são implantadas no Brasil e disponíveis às contratações em empresas especializadas do ramo. Dos ensaios de campo que se destacam pela sua ampla utilização em todo o mundo, temos: o Stan- dard Penetration Test – SPT (mais executado no Brasil) e a sua variação, que é complementada com medidas de torque: SPT-T; o Ensaio de Penetração do Cone – CPT (para análises detalhadas do terreno) e a sua variação, que é complementada com medida das pressões neutras: CPTu ou piezocone; o Ensaio de Palheta (Vane Test); os Ensaios Pressiômetricos – PMT (de Ménard e autoperfuran- tes); o Dilatômetro de Marchetti – DMT; os ensaios de carregamento de placa – Provas de Carga (bastante utilizados no passado, mas, hoje, quase em desuso no Brasil); os Ensaios Geofísicos (em particular, o Ensaio de Crosshole, que fornece um importante parâmetro geotécnico, o Módulo de Elasticidade Transversal Inicial do solo – Go). https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/9269 50 UNICESUMAR Descrição da Imagem: a figura apresenta a ilustração de um fluxograma colorido, com formas retangulares que contêm textos da hierarquia dos processos geotécnicos. Estes são divididos entre as classes. A classe dos indiretos, subdividida entre geoelétricos e sísmicos, que ramificam nos nomes dos ensaios específicos de cada. A classe dos semidiretos e a classe dos diretos, contendo a lista dos ensaios específicos de cada. Figura 2 - Tipos de processos geotécnicos aplicados às investigações de subsolo / Fonte: a autora. A escolha dos ensaios pelo(a) profissional de Engenharia, durante a elaboração do projeto de fundações, dependerá do tipo de solo investigado, das normas e dos códigos específicos do local da obra bem como das práticas regionais de investigações e construção. Cabe ao profissional responsável definir qual o procedimento mais apropriado, porém recomenda-se utilizar métodos consagrados, ou seja, 51 UNIDADE 2 utilizar, apenas, os métodos e ensaios que são consenso entre especialistas brasileiros e internacionais. Para obter resultados confiáveis, a exigência é usar equipamentos e procedimentos normalizados, com calibrações frequentes e uma equipe treinada e qualificada. No quadro, a seguir, são apresentados as principais técnicas de ensaios de campo e os parâmetros obtidos durante a sua realização. Observando as informações contidas no quadro, é possível fazer a escolha do tipo de ensaio de acordo com as características do subsolo e, também, das propriedades que necessitam de determinação. Parâmetros Grupo Equipamento Tipo de solo Perfil u f ' Su Dr mv cv K0 G0 sh OCR σ ε− Penetrô- metro Elétrico (CPT) B A - C B A/B C - - B B/C B - Piezocone (CPTu) A A A B B A/B B A/B B B B/C B C Dilatômetro (DMT) B A C B B C B - - B B B C Standard Pene- tration Test (SPT) A B - C C B - - - C - C - Resistividade B B - B C A C - - - - - - Pressiô- metro Pré-furo (PBP) B B - C B C B C - B C C C Autoperfurante (SBP) B B A B B B B A B A A/B B A/B Conepressiôme- tros (FDP) B B - C B C C C - A C C C Outros Ensaio de Palhe- ta (Vane Test) B C - - A - - - - - - B/C B Ensaio de Placa C - - C B B B C C A C B B Sísmicos C C - - - - - - - A - B - Quadro 2 - Aplicabilidade e uso de ensaios in situ / Fonte: adaptado de Schnaid e Odebrecht (2012). Legenda: Aplicabilidade: A = alta; B = moderada; C = baixa; - = inexistente Definição de parâmetros: u = poropressão in situ; f ' = ângulo de atrito efetivo ; Su = resistência ao cisalhamento não drenada; Dr = densidade relativa; mv = módulo de variação volumétrica; cv = coeficiente de consolidação; K0 = coeficiente de empuxo no repouso; G0 = módulo cisalhante a pequenas deformações; sh = tensão horizontal; OCR = razão de pré-adensamento; σ ε− = relação tensão-deformação. Processos indiretos de Prospecção Geotécnica Consistem em processos de Prospecção Geotécnica que não fornecem, diretamente, os tipos de solos, isto é, estas informações são obtidas por meio de correlações com suas respectivas características de resistividades elétricas e velocidades de propagação de ondas sonoras. São procedimentos que per- 52 UNICESUMAR tencem ao ramo da Geofísica, uma área que realiza estudos de partes profundas do terreno a partir de medições físicas na superfície, algo que não é possível obter por meio dos processos diretos de prospecção (GANDOLFO, 2012). A investigação geofísica apresenta, como principal vantagem, o levantamento rápido de uma ampla amostragem do volume de subsolo em seu estado natural, não perturbado por intervenções diretas, como perfurações (sondagens, cavas, trincheiras). É importante destacar que os seus resultados apre- sentam identificação de lençol freático e de estruturas favoráveis à percolação de águas subterrâneas para a perfuração de poços artesianos; delimitação da extensão no subsolo de jazidas; determinação correta para vazamentos de contaminantes no solo; elaboração de mapeamento de vazios nas camadas do solo; dimensionamento de aterros sanitários, entre outros (ALBUQUERQUE; GARCIA, 2020). Achou interessante os usos e aplicações da Geofísica como ferra- menta para exploração do subsolo? Você pode se aprofundar, um pouco mais, no tema assistindo à conversa entre o Dr. Otávio Gan- dolfo (especialista em Geofísica) e o professor Rafael Di Carlo que foi transmitida online pela Universidade Federal do Pará. Neste vídeo, são apresentadas explicações mais detalhadas e demonstrativas da aplicação da Geofísica no ramo da Geotecnia para reconhecimento dos subsolos em grandes obras e empreendimentos da Engenharia. Para acessar, use seu leitor de QR Code. Esses métodos de investigação fazem uso de ferramentas bastante sofisticadas para realizar as medições e, conforme Albuquerque e Garcia (2020), se classificam, de acordo com os parâmetros que medem, em: • Sísmicos: processos que se apoiam no princípio da propagação de ondas sonoras em função do Módulo de Elasticidade do material, do Coeficiente de Poisson e da Massa Específica. O apare- lho do método produz uma emissão sonora no terreno, com pancadas ou explosões, utilizando geofones. É, então, registrado o tempo gasto das ondas, desde a sua emissão até a chegada aos geofones. Fazem parte desses processos os Ensaios Geofísicos de Crosshole, a Sísmica de Refle- xão, o Multichannel Analysis of Surface Waves – MASW (traduzido como Análise Multicanal de Superfícies de Onda). A figura, a seguir, mostra o sistema de instalação de um ensaio sísmico do tipo Crosshole. https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/9266 53 UNIDADE 2 Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração em tons de cinza. Nela, há o horizonte de subsolo contendo três perfurações com dispositivo retangular em seu fundo, e a indicação, em textos embaixo de cada perfuração. À esquerda, está escrito: “emissor”, no centro,está escrito “geofone”, à direita, lê-se: “geofone”. Os dispositivos são ligados, por meio de fios, a um dispositivo na parte superior, o qual traz escrito: “equipamento de leitura e registro”. Linhas pontilhadas equidistantes, em forma de arco, ilustram a propagação de onda do emissor para os geofones. Figura 3 - Configuração de um ensaio sísmico (Crosshole) Fonte: Albuquerque e Garcia (2020). • Geoelétricos: processos que partem do princípio de que os vários materiais que constituem o subsolo possuem valores diferentes e característicos de resistividade elétrica. Fazem parte destes ensaios geofísicos os Ensaios de Eletrorresistividade e o Ground Penetrating Radar – GPR (traduzido como Radar de Penetração no Solo). A sua execução, geralmente, consiste na insta- lação de quatro eletrodos equidistantes na superfície do terreno, sendo os dois externos conectados a uma bateria e um amperímetro, já os eletrodos centrais 54 UNICESUMAR são ligados a um voltímetro. Esta instalação gera, artificialmente, um campo elétrico a partir de uma corrente, o que permite a medida da resistividade no subsolo. A figura, a seguir, ilustra a instalação deste sistema. Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração em tons de cinza. Na parte superior, há quatro dispositivos retangulares localizados acima da linha do horizonte, equidistantes entre si pela distância “a”. Os dois dispositivos centrais são ligados por uma linha reta superior com a letra indicativa “V”. O dispositivo na ponta esquerda é ligado por uma linha ondulada superior ao dispositivo na ponta direita, o qual é indicado pelo texto “eletrodo”. Essa linha ondulada traz as indicações “~” e “A”. Abaixo do horizonte, estão linhas cheias, em arco, que ligam o dispositivo da ponta esquerda ao da ponta direita e são indicadas pelo texto “Linhas de corrente (A)”. Ainda, abaixo do horizonte, há linhas pontilhadas, em arco, se propagando a partir do dispositivo da ponta esquerda para o subsolo, essas linhas são indicadas pelo texto “Linhas de potencial (V)”. Figura 4 - Sistema de funcionamento do ensaio de resistividade elétrica Fonte: Albuquerque e Garcia (2020). Esses processos são vistos como rápidos e de excelente custo/benefício, principalmente, em obras de gran- de porte. Os resultados apresentados são satisfatórios ao determinar características de camadas extensas e profundas do subsolo, entretanto a sua aplicação é recomendada, apenas, como ensaio complementar, porque tais resultados não apresentam informações conclusivas quando empregados, isoladamente. Processos semidiretos de Prospecções Geotécnicas Nos processos semidiretos, são obtidas características mecânicas das camadas de subsolo, por meio de correlações com valores obtidos nos ensaios de campo, contudo sem realizar coleta de 55 UNIDADE 2 amostras ou informações sobre a natureza do solo. Foram desenvolvidos para suprir a necessidade de determinar as características do comportamento de camadas do subsolo em seu estado natural, quando não é possível obter amostras. Geralmente, os ensaios desta categoria integram as Investigações Geotécnicas Complemen- tares, sendo realizados em furos de sondagens ou em pré-furos específicos para este fim. Cada tipo de ensaio tem o seu equipamento padronizado segundo a normativa técnica própria. Fazem parte destes tipos de processos os ensaios: Ensaio de Palheta (Vane Test); Ensaio de Penetração do Cone – CPT; Ensaio de Penetração do Piezocone – CPTu; Ensaio Pressiométrico – PMT; Ensaio Dilatométrico – DMT. Ensaio de Palheta (Vane Test) Descrição da Imagem: a imagem mostra um de- senho em tons de cinza, dividido em duas partes. À esquerda, vê-se, de modo ampliado, as partes inter- nas do equipamento, com a porção superior indicada pelo texto “haste”. Abaixo desse texto, há a porção do equipamento que é indicada pelo texto “rolamento”, logo abaixo, está a porção do equipamento indicada pelo texto “sapata de proteção”, e a porção inferior da ponta é indicada pelo texto “palheta”. À direita, as duas partes da porção superior são apresentadas pelo texto “mesa de torque” e contém manivela. Vê- -se, também, a porção identificada pelo texto como “tubo de proteção” e a porção inferior, a qual está ligada, por meio de uma linha tracejada, à parte superior esquerda, indicando o encaixe de ambas. Figura 5 - Equipamentos para realização do ensaio Fonte: Ortigão e Collet (1987, p. 108). O Ensaio de Palheta, conhecido no cenário inter- nacional geotécnico como Vane Test, é aplicado na determinação da resistência ao cisalhamento não drenada (Su) das argilas moles nas condições naturais em que se encontram no terreno (in situ). No Brasil, é regulamentado pela norma técnica NBR 10905: Solo – Ensaios de Palheta in situ – Método de Ensaio e consiste na cravação de uma palheta no terreno, medindo, então, o torque necessário para que ela realize a sua rotação cau- sadora do cisalhamento do solo. Pode ser feito por cravação direta do equipamento na superfície do terreno, dentro de furos de sondagens ou pré-furos específicos, realizando o ensaio para camadas de subsolo mais profundas. O equipamento necessário para a execução deste ensaio é constituído por: palheta (composta por qua- tro aletas de aço, altamente, resistente, com diâmetro de 65 mm e altura de 130 mm), haste fina e equipa- mento de aplicação e medição de torque. Este último rotaciona o conjunto haste-palheta a 6±0,6 º/min. (graus por minuto) e, durante o ensaio, são realizadas leituras da rotação a cada 2 º (graus) para esboçar a curva “torque versus rotação”. Na figura 5, ao lado, são representados os equipa- mentos necessários ao ensaio. 56 UNICESUMAR O mecanismo de aplicação do torque tem uma coroa e um pinhão acionado por manivela. Há, também, equipamentos de Vane Test mais modernos, cuja rotação é aplicada por motor elétrico e a leitura dos dados é feita por computador com software específico, o qual gera, em tempo real, a curva “torque versus rotação”. Por meio dos ensaios de palheta (Vane Test), podem-se obter os seguintes resultados: gráfico de torque em função da rotação (“torque versus rotação”); momento máximo aplicado; resistência não drenada nas condições naturais (Su); Resistência não drenada nas condições amolgadas (Sur). No caso desta última, imediatamente à leitura do momento máximo aplicado, são realizadas dez revoluções completas na palheta, e o ensaio é refeito visando, assim, à medição da resistência amolgada da argila. Ensaio de Penetração do Cone O Ensaio de Penetração do Cone é uma das mais importantes ferramentas que a Prospecção Geotécnica possui, atualmente, e o seu desenvolvimento começou na Holanda, pretendendo simular uma cravação de estaca no solo. Recebe diversos nomes no meio internacional, dentre eles: Ensaio de Penetração Contínua (EPC), Deepsounding, Diepsondering, Cone Penetration Test (CPT), piezocone (CPTu), Pie- zocone Sísmico (SCPTu), cone resistivo, entre outros. Estes ensaios fornecem resultados que permitem a identificação de vários aspectos dos solos, tais como a estratigrafia dos perfis e a determinação das propriedades mecânicas, por meio de correlações empíricas e semiempíricas. No Brasil, era regulamentado pela NBR 12069 até o ano de 2015, porém esta normativa foi cance- lada por não estar adequada aos equipamentos mais modernos que funcionam com recursos compu- tacionais de análise. Por isso, atualmente, são utilizados os parâmetros de normativas internacionais, como a norma norte-americana ASTM D-344: Standard test method for deep quasi-static, cone and friction-cone penetration test of soils. Ela apresenta, satisfatoriamente, as recomendações para o ensaio referente a terminologias, procedimentos, dimensões e apresentação de resultados. O equipamento necessário à execução deste ensaio é composto por um conjunto de hastes que, na extremidade inferior, possui um cone de ângulo de 60º no vértice e área de seção transversal de 10 cm², podendo chegar a 15 cm² nosequipamentos maiores e com mais capacidade de carga, e 5 cm² ou menos naqueles empregados em condições especiais. Esse cone, ao ser cravado, permite a medição da Resistência da Ponta do cone (qc) e da Resistência de Atrito Lateral (fs). Estes valores são, continuamente, monitorados e digitalizados. Quando a medição é realizada na superfície pela transferência de esforços nas hastes, chamamos de cone mecânico; quando a medição é feita por meio de células de carga eletrôni- cas no próprio cone; denominamos cone elétrico; se essas medidas também realizam o monitoramento das Pressões Neutras (u), chamamos de piezocone. A cravação da ponteira cônica é controlada por um sistema hidráulico instalado em perfuratriz ou em veículos preparados para esta finalidade. Podemos resumir o procedimento do Ensaio do Cone Mecânico em três etapas: 1. Uma força F1 é aplicada na haste interna, forçando o cone a penetrar no terreno por 40 mm, então, é medida a Resistência da Ponta do cone (qc) para aquela profundidade de ensaio. 57 UNIDADE 2 2. Em seguida, uma força F2 é aplicada na haste externa até encostar na base do cone, determi- nando a Resistência por Atrito Lateral (fs) do terreno naquela profundidade de ensaio. 3. Ao aplicar uma força sobre as duas hastes para que penetrem no terreno, realizamos a medição da Resistência Total (qt) que contempla as duas medidas anteriores: qt = qc + fs. A figura, a seguir, ilustra o funcionamento do cone mecânico: Descrição da Imagem: a imagem mostra uma ilustração em tons de cinza, dividida em três partes. À esquerda, está o dispo- sitivo de ensaio alongado com pino superior e ponta cônica inferior posicionada sobre um eixo de linha horizontal pontilhada. No centro, o mesmo dispositivo, agora, com uma flecha que aponta para baixo, em direção ao pino, indicada pelo texto “F1”. Também se vê uma ponta cônica alinhada a 40 mm do eixo anterior e com flechas que apontam para cima, indicadas pelo texto “qc”. À direita, o mesmo dispositivo, agora, com flecha para baixo na porção de cabeça sem o pino, e indicada pelo texto “F2”, e, também, uma ponta cônica alinhada a outros 40 mm abaixo do eixo anterior, com as mesmas flechas e indicações da etapa do centro e flechas para cima, alinhadas ao lado da porção central do dispositivo, indicadas pelo texto “fs”. Figura 6 - Etapas de funcionamento do cone mecânico / Fonte: Albuquerque e Garcia (2020). A cravação da ponteira deve ser feita com velocidade constante de 20 mm/s ± 5mm/s, e devem ser recolhidas leituras, no mínimo, de um a cada 20 cm de avanço da ponteira, porém, na prática, são realizadas leituras entre 20 mm e 50 mm, para compor melhor os resultados dos gráficos. A ponteira será cravada até que a cota de interesse seja superada. 58 UNICESUMAR Durante a penetração, as forças medidas pela ponta e pelo atrito lateral variam em função das propriedades dos materiais atravessados. Os registros de resistência da ponta do cone (qc) e atrito lateral (fs) para o cone são, continuamente, monitorados e digitalizados. Na medição piezocone, o procedimento é igual, apenas, com a medição adicional da poropressão (u). Com base nestas me- didas, calculamos a razão de atrito (Rf): R f q R f f s c f s = Em que: = = razão de atrito (%); resistência de atrito lateral (kPa); resistência da ponta do cone (qc = MMPa). A classificação do tipo de solo depende do emprego de ábacos e da análise conjunta dos diagramas de resistência de ponta, atrito lateral, razão de atrito e medida de poropressão. A figura, a seguir, mostra o ábaco proposto por Peter K. Robertson, em 1986, e atualizado no ano de 1990, podendo ser utilizado na identificação de tipos diferentes de solo: Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração em tons de cinza e com duas partes. Na parte da direita, há a lista de tipos de solo com indicação de números, ordenando esses solos de 1 até 12. Na porção direita, vê-se o gráfico em retângulo com eixo horizontal e identificado pelo texto “razão de atrito Rf (%)”, variando de 0 a 8, e o eixo vertical identificado pelo texto “resistência da ponta do cone qc (MPa)” variando de 0.1 a 100. Divisões internas do gráfico, pintadas de diferentes tons de cinza, mostram números indicativos de cada área, variando de 1 a 12. Figura 7 - Ábaco de classificação do solo proposto por Robertson (adaptado) / Fonte: Neto et al. (2006, p. 40). 59 UNIDADE 2 Os resultados das medições são apresentados para mostrar a profundidade, com os valores das resis- tências se deslocando na horizontal. A figura, a seguir, apresenta um exemplo de resultado de Ensaio de Piezocone com os respectivos gráficos em profundidade para resistência de ponta (qt), atrito lateral (fs), razão de atrito (Rf) e medida de poropressão (u2): Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração em cinco partes, mostrando os gráficos de resultado do Ensaio de Cone, todos contendo um eixo vertical identificado pelo texto “profundidade (m)”, variando de 0 a 35. Cada parte representa a curva do gráfico, conforme o parâmetro indicado no eixo horizontal, no topo, seguindo a ordem da esquerda para a direita: gráfico “Rf (%)” variando de 0 a 8; gráfico “qt (MPa)” com variação de 0 a 25; gráfico “fs (kPa)” com variação de 0 a 150; gráfico “u2 (kPa)” variando de 0 a 1500; camadas de subsolo identificada como “CPTU – Perfil Interpretado” com indicação das partes do solo e o seus respectivos nomes. Figura 8 - Exemplo de resultado do ensaio CPTu / Fonte: Albuquerque e Garcia (2020). As medidas obtidas no Ensaio de Penetração do Cone (qc, fs, u) podem ser utilizadas para determinar, por meio de estimativas importantes, as características e propriedades do solo, tais como: estratigrafia; densidade relativa/resistência não drenada; ângulo de atrito; histórico de tensões; coeficiente de adensamento, entre outros. Porém a sua principal aplicação está na previsão da capacidade de carga bem como dos recalques das fundações, tendo relação direta na previsão do comportamento de fundações profundas do tipo estaca. Ensaio Dilatométrico Desenvolvido na Itália, na década de 70, pelo professor Silvano Marchetti, o Ensaio Dilatométrico também é conhecido como Ensaio do Dilatômetro de Marchetti ou pela sigla DMT, sendo utilizado em mais de 50 países como ferramenta de Prospecção Geotécnica. 60 UNICESUMAR A exemplo do Ensaio de Penetração do Cone, os equipamentos dilatométricos receberam avanços tecnológicos, por exemplo, a associação a um módulo sísmico que captura e filtra sinais medidos por geofones, neste caso, o ensaio recebe o nome de DMT Sísmico (SDMT). O dilatômetro começou a ser utilizado, no Brasil, a partir de 1986, e ainda não possui uma normativa nacional, sendo adotadas as normas internacionais, como a norte-americana ASTM D6635-1 – Standard Test Method for Performing the Flat Plate Dilatometer Test e a europeia Eurocode 7 – Geotechnical Design – Part 3 – Design assisted by field testing – Section 9 – Flat Dilatometer Test (DMT). Para este ensaio, recomenda-se seguir as orientações de sondagem prescritas na NBR 6484: Solo – Sondagens de Simples Reconhecimento com SPT – Método de Ensaio e as recomendações de aplicação utilizadas para o Ensaio de Cone. Na NBR 6122 (ABNT, 2019, p. 4, grifo do autor), há, apenas, uma sucinta explicação sobre o ensaio. “ 4.5.7 Ensaio dilatométrico - O ensaio dilatométrico (Dilatômetro de Marchetti) consiste na cravação de uma lâmina, que possui um diafragma. Este diafragma é em- purrado contra o solo pela aplicação de uma pressão de gás. O ensaio pode ser usado para determinação da estratigrafia e pode dar indicação da classificação do solo. Pro- priedades dos materiais ensaiados podem ser obtidas por correlação, sobretudo em depósitos de argilas moles e areias sedimentares. A figura, a seguir, mostra a instalação dos equipamentos necessários para realização do ensaio com registro, também, de informações sísmicas (DMT Sísmico). Descrição da Imagem: a figura apresentauma ilustração dividida em duas partes, em linhas pretas e vermelhas sobre fundo branco. À esquerda, abaixo do nível do solo, está a lâmina do dilatômetro conectada às hastes metálicas que se prolongam acima do solo e se conectam, por meio de uma linha identificada pelo texto “cabo elétrico e pneumático para até 80 bar” a uma maleta aberta com relógios no interior, a qual é identificada pelo texto “unidade de controle com 2 manômetros”, no centro. Uma linha indicada pelo texto “cabo pneumático” liga a maleta, no centro, a um cilindro, à direita, identificado pelo texto “tanque de nitrogê- nio”. À direita, na parte inferior, é mostrado um retângulo dividido em dois, contendo as vistas ampliadas das situações de dilatação do ensaio, esse retângulo é identificado, na sua base, pelo texto “detalhe da lâmina”, e, na parte superior do retângulo, estão os textos “inicial” e “final”. Figura 9 - Vista geral da instalação do equipa- mento utilizado no Ensaio Dilatométrico (DMT) Fonte: Oneto e Santos [2021]. 61 UNIDADE 2 O método do ensaio inicia com a penetração da lâmina de aço inoxidável no terreno, por meio de cravação. Quando atingida a profundidade desejada, a membrada metálica (de aço, 6 cm de diâmetro) se expande contra o solo devido à ação do gás nitrogênio (extrasseco) injetado. São realizadas duas leituras de pressões: a primeira é referente ao início da expansão da membrada (p0); a segunda se re- fere à expansão de 1,1 mm no centro da membrana contra o solo (p1). Este procedimento é realizado em intervalos de 20 cm ao longo da profundidade, o que fornece leituras suficientes para compor um gráfico, bastante preciso, de cada camada de solo ensaiada. A partir dos valores medidos de pressão do ensaio (p0 e p1), é possível obter os parâmetros caracte- rísticos do solo, ao associar a diferença entre ambas (p1 – p0) a cálculos matemáticos específicos. Como principais parâmetros obtidos dessa forma, temos: Módulo Dilatométrico (ED); Índice de Material (ID) e Índice de Tensão Horizontal (KD). O Ensaio DMT Sísmico permite, também, a medição das velocidades de onda que são utilizadas no cálculo do Módulo de Cisalhamento Inicial do solo (G0). Ensaio Pressiométrico Desenvolvido na França, em 1955, pelo engenheiro Louis Ménard, o Ensaio Pressiométrico tem uso recorrente e rotineiro nas Prospecções Geotécnicas, sendo, extremamente, útil para determinar o comportamento de tensão-deformação dos solos in situ. O pressiômetro de Ménard foi o primeiro a ser aperfeiçoado e difundido, e os mais utilizados são os pressiômetros autoperfurantes e os cravados. Um exemplo famoso de autoperfurante é o CamKoMeter, desenvolvido na Universidade de Cam- bridge, nos anos 70. O nome atribuído a esse pressiômetro se deve ao local onde ele foi criado, Cambridge, bem como à sua eficiência em determinar os valores do coeficiente de empuxo em repouso dos solos (K0). Não existem normas brasileiras que regulamentam a realização desse ensaio, sendo que, na NBR 6122 (ABNT, 2019, p. 4, grifo do autor), há, apenas, uma sucinta explicação sobre ele: “ 4.5.6 Ensaio pressiométrico – Este ensaio consiste na expansão de uma sonda ci- líndrica no interior do terreno, em profundidades preestabelecidas. Dependendo do modo de inserção do pressiômetro no solo, pode ser classificado como pressiômetro em pré-furo (ou de Ménard), autoperfurante. O ensaio permite a obtenção de propriedades de resistência e tensão-deformação do material. Internacionalmente, o Ensaio Pressiométrico é regido pela norma ASTM D4719-20 – Standard Test Methods for Prebored Pressuremeter Testing in Soils. Na França, local de origem de seu de- senvolvimento, a norma regulamentadora é a NF P 94 110 1: Sols: reconnaissance et essais. Essai pressiométrique Ménard. Partie 1: Essai sans cycle. O método consiste, basicamente, em introduzir uma sonda cilíndrica no maciço de solo, para, então, injetar pressão dentro de uma membrana flexível presente nesse equipamento. A membrana expande-se, 62 UNICESUMAR lateralmente, até alcançar as paredes de um furo pré-perfurado, em se- guida, medem-se os deslocamentos produzidos pelo processo de fura- ção e pela expansão da membrana. Este deslocamento é relacionado à magnitude das tensões principais in situ e com os parâmetros de defor- mabilidade existentes na zona onde se realiza o ensaio. A instalação da sonda do Ensaio Pressiométrico pode ser realizada por diferentes procedimentos. Cada um deles foi desenvolvido buscan- do reduzir ou eliminar quaisquer possíveis efeitos de amolgamento do solo que a inserção da sonda possa ter gerado, além de, secunda- riamente, melhor adaptar o método do ensaio para a realização em dife- rentes condições do subsolo. A figura, ao lado, mostra a ins- talação do Ensaio Pressiométrico do tipo Ménard (MPM) bem como o seu equipamento, composto por sonda pressiométrica e painel de controle de pressão. Para interpretar, corretamente, os resultados dos Ensaios Pressio- métricos, é preciso considerar o tipo de pressiômetro utilizado; o método de instalação dele; o tipo de solo e o método de análise esco- lhido, a fim de definir os parâmetros geotécnicos. As medições obtidas definem as curvas pressiométricas (tensão-deformação) e de fluência, nas quais os parâmetros geotécni- cos serão deduzidos. Manômetros Volumímetro Controle pressão-volume Gás comprimido Célula de Guarda Célula de medição Célula de guarda Descrição da Imagem: a imagem mostra uma ilustração colorida em que a linha do horizonte separa a superfície do solo, a qual apresenta grama verde e céu azul, das camadas abaixo do terreno, o qual apresenta terra marrom. No centro na superfície do terreno, um tripé sustenta um grande dispositivo que contém relógios de medição, esse dispositivo é identificado pelo texto “manômetro”. Há, ainda, no dispositivo, uma régua vertical identificada pelo texto “volumímetro”, botões identificados pelo texto “controle pressão-volume”. O dispositivo é ligado, por meio de um cabo, a um cilindro com válvula, a qual está à direita, identificada pelo texto “gás comprimido”. O dispositivo é ligado a outro, que é alongado e vertical, inserido nas camadas de subsolo, o qual está dividido em três partes, indicadas, respectivamente, no início, no meio e no final desse equipamento alongado, como “célula de guarda”; “célula de medição” e “célula de guarda”. Figura 10 - Instalação do pressiômetro tipo Ménard Fonte: Schnaid e Odebrecht (2012, p. 56). 63 UNIDADE 2 Os resultados obtidos por meio do Ensaio Pressiométrico podem ser utilizados em diversas obras de Engenharia, tendo destaque especial para: elaboração de projetos de fundações rasas, auxiliando na previsão de recalques; dimensionamento de estacas, o que permite a determinação da capacidade resistente; em ancoragens, relacionando a expansão da sonda com a expansão do bulbo de selagem da ancoragem; em projetos de pavimen- tação, para determinar o módulo de deformabilidade para cada camada do pavimento; em controle de compactação e melhoramento de solo, o qual permite obter o valor do módulo pressiométrico do solo e, assim, controlar o valor esperado do assentamento. Processos diretos de Prospecções Geotécnicas Os processos diretos são aqueles que realizam furos no terreno (sondagens) e permitem re- conhecer a natureza das camadas, realizando, também, a coleta de amostras para análises. A quantidade de sondagens a serem realizadas seguirá as instruções do planejamento previsto pela NBR 8036 (ABNT, 1983) e, também, dependerá da localização e das profundidades a serem investigadas. As amostras retiradas durante esses processos serão submetidas a exame táctil-visual e a ensaios de caracterização de solos (em laboratório ou em campo) para que sejam determinadas todas as principais informações, como: granulometria; plasticidade; cor; origem (solos residuais, transportados, aterros etc.) e classificação. A forma de identificar, nomear e armazenar as amostrasseguia uma normativa técnica própria (antiga NBR 7250), porém todas essas informações encontram-se, atualmente, no capítulo 6.6 “Identificação das amostras e elaboração do perfil geoló- gico-geotécnico da sondagem” dentro da norma NBR 6484: Solo – Sondagens de Simples Reconhecimento com SPT – Método de Ensaio (ABNT, 2020). Nestes procedimentos de exames de amostras, é muito importante, também, seguir as orien- tações da norma técnica específica que realiza a identificação básica dos solos, a NBR 7181: Solo Análise Granulométrica (ABNT, 2018). Geralmente, as sondagens que fazem parte dos processos diretos integram as Investi- gações Geotécnicas Preliminares, sendo as primeiras realizadas nos terrenos que servirão de base para a elaboração dos projetos, principalmente, o de fundações. Cada tipo de sondagem possui o seu tipo de equipamento, o seu método e a sua forma de análise, padronizados segundo normativa técnica própria. Fazem parte das prospecções geotécnicas diretas: poços; trincheiras; Sondagens a Trado; Sondagem de Simples Reconhecimento com Ensaio SPT e a sua variante com aplicação de torque (SPT-T). No quadro, a seguir, são apresentadas as principais técnicas de ensaios de campo e exames de laboratório indicados para o estudo dos solos e das fundações bem como a sua normativa técnica associada. 64 UNICESUMAR OBRA EXAMES LABORATORIAIS OU DE CAMPO NORMA TÉCNICA ASSOCIADA Fundações de edificações Poço Trincheira NBR 9604: Abertura de poço e trincheira de inspeção em solo, com retirada de amostras deformadas e indeformadas – Procedimento Sondagem a trado NBR 9603: Sondagem a Trado – Procedimento Sondagem à percussão SPT NBR 6484: Solo – Sondagem de simples reconhecimento com SPT – Método de ensaio NBR 16796: Solo – Método padrão para avaliação de energia em SPT Sondagem à per- cussão SPT com torque (SPT-T) NBR 16797: Medida de torque em ensaios SPT durante a execução de sondagens de simples reconhecimento à percussão – Procedimento Medida do nível de água no terreno NBR 9603: Sondagem a trado – Procedimento NBR 6484: Solo – Sondagem de simples reconhecimento com SPT – Método de ensaio Prova de carga NBR 6489: Solo – Prova de carga estática em fundação direta NBR 16903: Solo – Prova de carga estática em fundação profunda Recalques de edificações Ensaio de adensamento NBR 16853: Solo – Ensaio de adensamento unidimensional Maciços terrosos Aterros Barragens de terra Análise granulométrica NBR 7181: Solo – Análise granulométrica Ensaio de compactação NBR 6457: Amostras de solo – Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização NBR 7182: Solo – Ensaio de compactação Estabilidade de taludes Muros de arrimo Ensaio de cisalha- mento direto ASTM D3080 - 04 - Standard Test Method for Direct Shear Test of Soils Under Consolidated Drained Conditions Ensaio triaxial NBR 11682: Estabilidade de encostas Rebaixamento de lençol freático Permeabilidade do solo NBR 14545: Solo – Determinação do coeficiente de permeabilidade de solos argilosos à carga variável NBR 13292: Solo – Determinação do coeficiente de permeabilidade de solos granulares à carga constante Projeto de estradas Índice CBR ou ISC NBR 9895: Solo – Índice de Suporte Califórnia (ISC) – Método de ensaio 65 UNIDADE 2 OBRA EXAMES LABORATORIAIS OU DE CAMPO NORMA TÉCNICA ASSOCIADA Estudos gerais Peso específico do solo NBR 6458: Grãos de pedregulho retidos na peneira de aber- tura 4,8 mm – Determinação da massa específica, da massa específica aparente e da absorção de água Outros NBR 6459: Solo – Determinação do limite de liquidez NBR 7180: Solo – Determinação do limite de plasticidade NBR 7185: Solo – Determinação da massa específica aparente, in situ, com emprego do frasco de areia NBR 9813: Solo – Determinação da massa específica aparente in situ, com emprego de cilindro de cravação NBR 12770: Solo coesivo – Determinação da resistência à compressão não confinada – Método de ensaio NBR 9820: Coleta de amostras indeformadas de solos de baixa consistência em furos de sondagem – Procedimento Quadro 3 - Testes de campo e exames laboratoriais mais usados em Obras de Terra e Fundações / Fonte: a autora. A seguir, detalharemos as formas de prospecções mais utilizadas em território nacional que permitem a análise dos solos dos terrenos por processo direto. Sondagens de Sondagem de Simples Reconhecimento com SPT e com Torque (SPT-T) Prevista como Investigação Preliminar para qualquer tipo de obra de construção, as Sondagens de Simples Reconhecimento consistem em perfurações do terreno utilizando ferramentas de percussão (batidas de martelo) que fazem a cravação do instrumento (amostrador-padrão) necessário para ensaios como o Standard Penetration Test (Teste de Penetração Padrão) de sigla SPT, ou, a sua variante, o SPT-T, o qual também realiza a medição dos momentos de torção (torque do amostrador-padrão). Esta é reconhecida como a ferramenta de investigação geotécnica mais popular, rotineira e eco- nômica, praticamente, no mundo todo, e, no Brasil, é regida pelas normas técnicas NBR 6484: Solo – Sondagem de Simples Reconhecimento com SPT – Método de ensaio e NBR 16797: Medida de Torque em Ensaios SPT durante a Execução de Sondagens de Simples Reconhecimento à Percussão – Procedimento. Com a inclusão de equipamentos mecanizados nessas sondagens, também é necessário se orientar pela NBR 16796: Solo – Método Padrão para Avaliação de Energia em SPT, que trata do uso e das considerações para o ensaio quando do uso deste tipo de ferramenta. 66 UNICESUMAR Este tipo de sondagem permite determinar a condição de compacidade de solos granulares (arenosos), de consistência de solos coesivos (argilosos ou siltosos) e, até mesmo, a ocorrência de camadas de ro- chas brandas no subsolo. Os seus principais objetivos são: coletar informações sobre os tipos de solo e as suas respectivas profundidades de ocorrência (estratigrafia do subsolo); determinar a posição do lençol freático (Nível de Água ou N.A.) e do Índice de Resistência à Penetração NSPT a cada metro do subsolo que é prospectado. Os equipamentos necessários para este tipo de prospecção são compostos por seis partes distintas: amostrador-padrão para ensaio SPT e SPT-T; hastes com encaixe; martelo (massa total de 65 kg); torre ou tripé de sondagem; cabeça de bater e conjunto de perfuração (com trépano e/ou peça de lavagem). Existem outros equipamentos auxiliares ao ensaio, porém esses são os de participação mais ampla. NBR 6484 No ano de 2020, houve uma extensa reformulação das normativas de investigação geotécnica por parte da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), principalmente, sobre as normas relacionadas às son- dagens com SPT. A comunidade formada por empresas e profissionais de Engenharia e Geotecnia foi bastante impactada por estas alterações recentes das normas. Mas o que muda, de fato, para o trabalho, de quem lida, no dia a dia, com projetos de fundações? No podcast desta unidade, conversaremos com um profissional da área de Engenharia e Geotecnia e saberemos como está sendo a adaptação de sua prática profissional às alterações na norma NBR 6484: Solo – Sondagem de Simples Reconhecimento com SPT – Método de Ensaio. Acesse o link e dê o play nesta conversa enriquecedora para a prática profissional. https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/8309 67 UNIDADE 2 O resultado obtido no Ensaio SPT é o número de golpes do martelo para cravação do amos- trador-padrão. Este correspon- de ao índice de resistência (que não possui unidade de medida) chamado NSPT. O valor do NSPT é o número de golpes que foram necessários para fazer com que o amostrador-padrão penetras- se 30 cm do solo após cravação inicial de 15 cm (contabilizando os 45 cm de cravação total) em cada porção de 1 m de subsolo. Descrição da Imagem: a imagem mostra uma ilustração colorida em que a linha do horizonte separa a superfície do solo, a qual apresentagrama verde e céu azul, das cama- das abaixo do terreno, o qual apre- senta terra marrom. No centro da imagem, na superfície do terreno, há um tripé alto com uma polia na ponta superior, a qual está preso um cabo que se liga a uma peça quadra- da amarela, identificada pelo texto “martelo 65 kg”. Este está conectado a uma haste cinza indicada pelo tex- to “pino guia”. No centro da haste, há um pequeno retângulo de mesma cor, identificada pelo texto “cabeça de bater”, o qual está conectado a um tubo amarelo cravado no sub- solo. A porção de camada do solo que se encontra abaixo do nível da grama mostra o prolongamento do tubo, o qual é identificado pelo texto “tubo de revestimento”, com visão, em corte, mostrando as partes de seu interior. Ele contém os equipa- mentos conectados entre si, na cor cinza, indicados pelos textos por “luva”, “haste” e “amostrador”. Figura 11 - Instalação de equipamento de Sondagem de Simples Reconhe- cimento com SPT / Fonte: Schnaid e Odebrecht (2012, p. 56). 68 UNICESUMAR A figura, a seguir, ilustra o procedimento de ensaio e a forma de obter o NSPT, a partir dos golpes da cravação. Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração, em tons de cinza, dividida em quatro partes, as quais mostram as etapas de Ensaio SPT. À esquerda, vê-se a instalação dos equipamentos, em um furo no terreno, com a ponta do amostrador alinhada a um eixo pontilhado horizontal. Há três outros eixos horizontais, em linhas pontilhadas equidistantes, indicados pelas cotas de 15 cm cada. No centro, à esquerda, está a ponta do amostrador no segundo eixo, indicado pelos textos “trecho 1” e “NSPT1”. No centro, à direita, está a ponta do amostrador no terceiro eixo, indicado pelos textos “trecho 2” e “NSPT2”. À direita, está a ponta do amostrador no segundo eixo, indicado pelos textos “trecho 3” e “NSPT3”. No canto inferior direito, há a expressão “NSPT igual NSPT2 mais NSPT3”. Figura 12 - Procedimento para realização do Ensaio SPT e obtenção do índice NSPT / Fonte: Albuquerque e Garcia (2020, p. 57). Sondagem à Percussão com Ensaio SPT Sabendo que a Sondagem à Percussão com Ensaio SPT é um dos métodos de investigação mais utilizados na Engenharia, é importan- te ter clareza de como é o procedimento de realização e, principal- mente, a anotação dos resultados de cada cravação do amostrador- -padrão. Por isso, desenvolvemos esta Pílula de Aprendizagem para ilustrar as informações básicas deste ensaio, as formas de realizar as anotações dos golpes e como você determina o índice NSPT de cada metro de solo prospectado. https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/9267 69 UNIDADE 2 É possível que alguns relatórios de Ensaio SPT apresentem o número de golpes para os primeiros 30 cm e, também, o número de golpes para os últimos 30 cm, porém o valor do Índice de Resistência à Penetração (NSPT) a cada metro do subsolo será sempre o dos últimos 30 cm cravados. Caso o número de golpes referente aos primeiros e aos últimos 30 cm apresentem diferenças elevadas em seus valores, indicará condição de amolgamento do solo ou de deficiência na limpeza do fundo do furo da sondagem (SCHNAID; ODEBRECHT, 2012). Na imagem, a seguir, é apresentado o relatório de sondagem com Ensaio SPT, feito na ci- dade de Caxias-MA, representando os valores encontrados para um furo realizado no centro do município, em local onde, anteriormente, existia um rio (condição que justifica a baixa resistência encontrada). Descrição da Imagem: a figura apresenta uma tabela em linhas pretas sobre fundo branco. Essa tabela contém seções verticais que separam parâmetros e descrições e, também, linhas horizontais que delimitam camadas do subsolo. Na parte da esquerda da seção, nomeada como “penetração”, temos as subcolunas com os valores indicativos de profundidade e de resistência à penetração, além do gráfico SPT para os valores de golpes. Na parte central, as divisões das camadas do subsolo têm hachuras do perfil representado. Na parte da direita, há a coluna identificada por “material” e “classificação táctil visual”, com os textos separados por linhas horizontais, os quais descrevem a composição das camadas de solo do ensaio. Figura 13 - Relatório de sondagem com Ensaio SPT no centro de Caxias-MA / Fonte: Santos et al. (2018, [s. p.]). 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 5,45 5,77 5,77 5,77 0,45 1,45 2,45 3,45 0,53m 4,39m 5,77m 0,53m 4,39m 5,77m PENETRAÇÃO RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO PESO BATENTE 65 Kg ALTURADE QUEDA 0,75m MATERIAL CLASSIFICAÇÃO TÁCTIL VISUAL Profundidade (m) De Até 15 15 15 10 30 50 70 90 Grá�co SPT Golpes p/30 cm �nais LOCAL: AVENIDA OTÁVIO PASSOS, S/N - CENTRO - CAXIAS - MA 4,45 5,45 5 5 5 5 3 4 4 4 7 7 7 8 8 8 88 8 8 5/0 - - - -- Piso Cerâmico e contra piso. Areia muito �na, pouco medianamente argilosa, pouco compacta de cor creme amarelado escuro com presença acentuada de materiais de demolição (pedaços de tijolos, concreto e etc.). De 0,00 à 0,53 m. Aterro. Areia, muito �na, argilosa, mediamente compacta de cor creme amarelado escuro com presença acentuada de pedregulhos de quartzo (seixo) �no. De 0,53 à 4,39m. Areia muito �na, pouco a medianamente argilosa, medianamente compacta de cor creme amarelado escuro com presença eventual de materiais de demolição (pedações de concreto) e fragmento de pedras de arenito silici�cado. De 4,39 à 5,77 m. P R O F U N D I D A D E P E R F I L 70 UNICESUMAR Para analisar o relatório, começamos observando-o, da esquerda para a direita, na tabela “Penetração”, verificando quantas medições foram feitas e quantos metros de profundidade foram atingidos. Ao todo, são oito Ensaios SPT representados pelas oito linhas da tabela, e a profundidade sondada chegou até 5,77 m, que é o últi- mo valor da coluna “Profundidade”, a qual registra as cotas iniciais (subcoluna “De”) e finais (subcoluna “Até”) de cada um dos ensaios. Já na coluna “Resistência à penetração”, encontramos os valores dos golpes do martelo durante a cravação das três porções de 15 cm (cada subcoluna “15” indica as porções da esquerda para a direita). Entendendo que o valor NSPT é o Índice de Resistência à Penetração que representa o número de golpes para fazer o amostrador-padrão penetrar 30 cm de solo, após a cravação de 15 cm iniciais, e observando o relatório da figura anterior, qual seria o NSPT encontrado na profun- didade de 3 m? Imagine que executaremos uma infraestrutura de fundação, na profundidade de 3 m, no terreno onde foi realizada a sondagem da figura anterior. O valor Índice de Resistência à Penetração do Ensaio SPT, para a camada do solo que devo considerar, é aquele que está na linha “De” 3,00 “Até” 3,45, onde os valores nas subcolunas de “Resistência à Penetração” são 6-7-8 golpes, res- pectivamente, representando a primeira, a segunda e a terceira porções de 15 cm de penetração do ensaio. Dessa forma, calcula- mos o índice NSPT pela soma dos golpes da porção intermediária dos 15 cm (valor de 7) e da porção final dos 15 cm (valor de 8), resultando em um índice NSPT = 15 . Utilizando, apenas, o valor do Índice de Resistência (NSPT, ou, apenas, N) é possível classificar o solo (antes do ensaio da amostra coletada que é enviada ao laboratório) por meio da tabela dos estados de compacidade e de consistência dentro da NBR 6484 (ABNT, 2020). 71 UNIDADE 2 SOLO ÍNDICE DE RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO N DESIGNAÇÃO¹ Areias e siltes arenosos ≤ 4 Fofa(o) 5 a 8 Pouco compacta(o) 9 a 18 Medianamente compacta(o) 19 a 40 Compacta(o) > 40 Muito compacta(o) Argilas e siltes argilosos ≤ 2 Muito mole 3 a 5 Mole 6 a 10 Média(o) 11 a 19 Rija(o) > 19 Dura(o) 1) As expressões empregadas para a classificação da compacidade das areias (fofa, compacta etc.) referem-se à deforma- bilidade e à resistência desses solos, sob o ponto de vista de fundações, e não devem ser confundidas com as mesmas denominações empregadas para a designação da compacidade relativa das areias ou para a situaçãoperante o índice de vazios críticos, definido na Mecânica dos Solos. Quadro 4 - Estados de compacidade e de consistência do solo, com base no Índice de Resistência à Penetração N do Ensaio SPT Fonte: ABNT (2020, p. 6). Durante a realização do Ensaio SPT, em cada metro de sondagem, é possível realizar, também, outro procedimento que associa a medida de torque à sondagem: é o chamado Ensaio SPT-T ou Ensaio de Torque. Quando o amostrador-padrão estiver, completamente, cravado na camada de solo, após ter realizado os golpes do martelo para os 45 cm de penetração, é aplicado um torque na parte superior da composição da haste que rotaciona o amostrador-padrão. A medida do torque, que é registrada com o auxílio de um torquímetro, fornece um dado adicional para a resistência à penetração. Durante a rotação, é possível obter a leitura do Torque Máximo, o qual é necessário para romper a aderência entre o solo e o amostrador-padrão, obtendo, assim, uma medida de atrito lateral amostrador- -solo. Também pode ser conferida a medida do Torque Residual, quando se continua rotacionando o conjunto até que a leitura no torquímetro se mantenha constante, então, é realizada nova medida. A medida do torque, num Ensaio SPT-T, não é afetada por fontes de erros, como no caso do Índice de Resistência N do SPT Padrão (contagem do número de golpes; altura de queda; peso da massa do martelo; atrito e drapejamento das hastes; estado ruim da sapata cortante; roldana; corda etc.). O valor do torque medido permite obter, de maneira mais confiável e a baixo custo, a resistência lateral de determinado solo. O cálculo para o atrito lateral, por meio do torque medido no SPT-T, é: 72 UNICESUMAR f T hT � �� � � � � � � � � �40 5366 3 1711 100 , , atrito lateral Em que: f = uunitário (kPa); torque máximo medido no SPT- T (kgf×cm)T = ;; comprimento do amostrador- padrão (cm).h = A seguir, apresentamos outro exemplo de relatório de sondagem (da cidade de Ijuí-RS), o qual ilustra melhor todos os valores que podem estar contidos num laudo de sondagem com SPT-T. Nele, temos uma coluna que indica o número de golpes para cravar os últimos 30 cm do amostrador (NSPT), o valor do Torque Máximo (TM), do Torque Residual (TR) e do comprimento cravado do amostrador (H). SONDAGEM DE SIMPLES RECONHECIMENTO DO SOLO COM SPT-T NBR 6484/01 CLIENTE: CARLA PATRICIA SHULTZ COPPETI GRÁFICO SPT INICIO FINAL Max Res RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO SPTTORQUE 0 10 20 30 40 50 60 70 14 8 7 12 8 9 8 19 33 17 8 10 15 9 10 8 29 55 12,5 12 11 10 11 12 10 25 37 10 9 7 6 10 10,5 8 20 30 0,45 7 7 10 4 4 4 3 4 6 5 8 4 4 5 4 5 5 4 4 4 4 4 4 4 4 4 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 7 1,00 1,45 2,00 2,45 3,00 3,45 4,00 4,45 5,00 5,45 6,00 6,45 7,00 7,45 7,70 0,45 1,45 2,45 3,45 4,45 5,45 6,45 7,45 7,70 PR O FU N D ID A D E TO RQ U E (K g ) PE RF IL G EO LÓ G IC O N ÍV EL D ’Á G U A AV A N ÇO N .A . N .F. E. PR O FU N D IA D E D A CA M A D A (M ) EN SA IO D E P EN ET RA Çà O (G O LP ES S P EN E T. ) OBRA: TCC SOLOS RESIDUAIS BASAL ALTO LOCAL: LOTEAMENTO COSTA DO SOL, IJUI/RS SONDAGEM À PERCUSSÃO SPT-T 01 AMOSTRADOR: INTERNO = 34,9 MM DESCRIÇÃO DO MATERIAL SOLO ARGILOSO COM RESÍDUOS VEGETAIS DE COR MARROM ESCURO, CONSISTÊNCIA RUA. SOLO ARGILOSO PLÁSTICO DE COR MARROM E CONSISTÊNCIA MÉDIA. TH TH TH TH TH TH TH TH TH SOLO ARGILOSO PLÁSTICO DE COR MARROM E CONSISTÊNCIA RUA. SOLO ARENOSO GROSSO COM FRAÇÕES DE SILTE NA MATRIZ E PEDREGULHO NO ARCABOÇO, VARIEGADO COMPACTO. NE OSSOLO LITÓLICO ARENOSO GROSSO DE COR PALHA POUCO COMPACTO. SOLO ARENOSO GROSSO COM FRAÇÕES DE SILTE NA MATRIZ E PEDREGULHO NO ARCABOÇO, VARIEGADO COMPACTO CONTATO COM A ROCHA. EXTERNO = 50,8 MM REVESTIMENTO: 2,00M PESO: 65KG ALTURA DE QUEDA: 75CM INÍCIO 31/05/2016 TÉRMINO 31/05/2016 COTA 0,00 COORD. N: E: SPT-T01 -f Descrição da Imagem: a figura apresenta uma tabela em linhas pretas sobre fundo branco. Essa tabela contém seções verticais que separam parâmetros e descrições e, também, linhas horizontais que delimitam camadas do subsolo. Na parte da esquerda, na seção nomeada como “gráfico”, temos a curva vertical vermelha para os valores de SPT e a curva vertical azul para os valores de torque. No centro, à esquerda, há as colunas e subcolunas com os valores de golpes do Ensaio SPT e das medições máximas e mínimas de torque. No centro, temos as divisões das camadas do subsolo, com hachura do perfil representado e, também, a coluna ao lado indicando a profundidade de cada camada. Na parte direita, está a coluna indicada pelo texto “descrição do material”. Nela, os textos, separados por linhas horizontais, descrevem a composição das camadas de solo do ensaio. Figura 14 - Relatório de sondagem de reconhecimento com Ensaio SPT-T / Fonte: adaptada de Coppeti (2016). 73 UNIDADE 2 Imagine que executaremos uma infraestrutura de fundação na profundidade de 2 m no terreno onde foi realizada a sondagem da figura anterior. O valor Índice de Resistência à Penetração do Ensaio SPT, para a camada do solo que devo considerar, precisa ser obtido por meio dos valores contidos na coluna “Ensaio de Penetração (Golpes/Penet.) ”, na terceira linha, pois o primeiro ensaio da sondagem ocorreu na cota 0,00 m, onde temos os valores das três porções do ensaio: 3/15 – 4/15 – 6/15 (golpes/penetração). Podemos calcular o NSPT por meio da soma dos golpes das últimas duas porções ou pela observação do valor presente na coluna “Resistência à Penetração SPT”, na subcoluna “Final”, para aquela mesma linha. Dessa forma, calculamos o índice NSPT pela soma dos golpes da porção intermediária dos 15 cm (valor de quatro) e da porção final dos 15 cm (valor de seis), resultando em um índice NSPT = 10, o qual coincide com o valor exposto na subcoluna do próprio laudo. Já para a determinação do Atrito Lateral Unitário, fazemos uso do valor presente na coluna “Torque (kg.f)”, em sua subcoluna “Max.”, na mesma linha da profundidade (valor de 11), juntamente com o valor de penetração do amostrador-padrão naquela camada (valor de 45 cm referentes às três porções do ensaio), e aplicamos a equação para o cálculo do atrito lateral, resultando em um índice de adesão fT = 0,6040 kg/cm². Os resultados dos Ensaios SPT e SPT-T possuem inúmeras aplicações nos projetos de Fundações e Geotecnia. Na prática, o uso dos valores médios dos índices dos Ensaios SPT e SPT-T podem servir para a previsão de problemas bem como indicar se serão necessários mais ensaios durante as Investi- gações Geotécnicas Complementares ou se pode prosseguir com as soluções mais simples de projeto. Por exemplo, num perfil de solo que apresenta valores de NSTP superiores a 30, temos a indicação de subsolo resistente e estável e, assim, podemos reduzir a quantidade de estudos geotécnicos elaborados para o caso de obras de menor porte. Já em casos cujo perfil do solo apresenta valores de NSTP inferio- res a 5, temos a indicação de subsolo compressível e pouco resistente, necessitando de mais estudos geotécnicos, a fim de elaborar a solução de fundação. Pode-se aplicar os resultados dos relatórios ou laudos de SPT e SPT-T na estimativa de parâmetros do comportamento dos solos e na previsão do desempenho das fundações, resguardando as limitações das metodologias comprovadas por pesquisas e aceitas nos meios de Geotecnia e Engenharia. Entendendo que o NSPT e o fT são, respectivamente, o Índice de Resistência à Penetração presente nos laudos de sondagem e o Atrito Lateral Unitário calculado a partir da medida do Torque Máximo, e observando o relatório da figura anterior, qual seria o NSPT encontrado na profundidade de 2 m? 74 UNICESUMAR Sondagem Rotativa Mista Quando as sondagens à percussão encontram um Critério de Parada (situação em que a perfuração não pode prosseguir), por exemplo, umacamada de material impenetrável, é possível surgir dúvidas quanto à natureza do mesmo. É neste momento que devem ser incluídas as Sondagens Rotativas ou Sondagens Mistas (percussão e rotativa). Chamamos de Rotativa aquelas sondagens que são utilizadas na perfuração de rochas, matacões, blocos de natureza rochosa ou solos de alta resistência. É executada com o uso de aparelho motor que imprime ro- tação (sonda); bomba d’água; tubos de revestimento para os furos; hastes metálicas de sondagem; barriletes; calibrador; amostrador para retenção dos testemunhos (amostras) com coroa diamantina de perfuração. Na Sondagem Rotativa, é possível obter os testemunhos de rocha e avaliar a qualidade do maciço rochoso, por meio do índice Rock Quality Designation (RQD). Este índice foi introduzido, primeiro, pelo renomado engenheiro geologista Don U. Deere, em 1967, e se tornou um parâmetro-chave aos sistemas de classificação de maciços rochosos. Pode ser calculado pela seguinte expressão: RQD x L x i i n i � � � � � � � �� � � � � � �� � � 100 1 % Em que: = comprimento indiividual dos fragmentos recuperados que tenham comprimentos superiores a 10cm; L = comprimento total do avanço da perffuração . Na figura, a seguir, temos a representação do método de determinação do RQD: 75 UNIDADE 2 Deere (apud RAMÍREZ, 2009) propôs um sistema de classificação baseada na relação entre o Índice RQD e a qualidade dos maciços rochosos, seguindo o Quadro 5. RQD % DESCRIÇÃO DA QUALIDADE DE ROCHA < 25 Muito pobre 25-50 Pobre 50-75 Regular 75-90 Bom 90-100 Excelente Quadro 5 - Classificação dos maciços de rocha para Índice RQD / Fonte: Ramírez (2009, p. 48). Empregamos a Sondagem Mista para os casos em que os processos de percussão ou manuais não conseguem penetrar, completamente, as camadas de matacões, blocos de natureza rochosa ou solos de altas resistências. Então, associamos a Sondagem Rotativa à Sondagem à Percussão para o avanço das investigações e a obtenção de amostras aos estudos dessas camadas. Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração separada em duas partes. À esquerda, temos um elemento alongado, fragmentado em vários trechos e ângulos, separado por cotas indicativas e o seu respectivo comprimento. Nele, há uma cota total identificada pelo texto “comprimento total perfurado”. À direita, temos o cálculo em etapas para o RQD, mostrando como contabilizar os comprimentos medidos no elemento e aplicá-los na fórmula definida por Deere. Figura 15 - Exemplo de procedimento para determinação do RQD, a partir de testemunho de Sondagem Rotativa Fonte: adaptada de Ramírez (2009). 76 UNICESUMAR A norma técnica NBR 6122 indica que, para essas sondagens, deve-se indicar, em seus resultados, as características principais da camada, tais como: tipo da rocha; grau de alteração; faturamento; coe- rência; xistosidade; porcentagem de recuperação; Índice RQD; eventuais descontinuidades e, sempre que possível, determinação do NSPT. Toda obra de Engenharia se apoia sobre o elemento natural solo, às vezes, de forma direta (caso das fundações superficiais e rasas), às vezes, de forma indireta (caso das fundações profundas). Porém nenhuma delas escapa da interação com o maciço natural. Conhecer o solo que suportará a edificação é essencial para evitar acidentes e problemas construtivos (patologias), como: aparecimento de fissu- ras; trincas; desníveis; desmoronamentos e outros. Existem muitos casos famosos de edificações cuja ausência de Investigação Geotécnica que revelasse as condições do subsolo condenou a construção, como um todo, para o resto da vida. É o caso da Torre de Pisa, na Itália e, também, dos prédios tortos na orla de Santos, no Brasil. A fim de orientar a escolha do tipo do elemento de fundação mais adequado ao subsolo que se apresenta no terreno e, também, para guiar os cálculos de dimensionamento da infraestrutura, é ne- cessário realizar Investigações Geotécnicas. Estes trabalhos podem ser feitos por meio de ensaios no local da obra (in situ) e/ou em laboratório, com amostras coletadas, permitindo conhecer e entender algumas características do comportamento dos solos e das rochas bem como determinar a sua na- tureza (classificação e condição natural), a resistência a esforços e outros parâmetros necessários ao dimensionamento dos elementos de fundação. Existem diversos métodos e procedimentos de prospecção do subsolo que fazem parte das Inves- tigações Geotécnicas, e cabe à pessoa encarregada pelo projeto de fundações realizar o planejamento de quais deles farão parte, ou não, dos estudos do solo. Esta decisão não possui uma recomendação pronta e tabelada, nem mesmo na norma técnica principal para fundações (NBR 6122). É trabalho do(a) projetista conhecer as opções de sondagens, ensaios e estudos, com o objetivo de escolher aquelas que serão úteis aos dimensionamentos de estruturas. A única regra sobre Investigações Geotécnicas que serve para todos os tipos de construção e terreno é: não pode deixar de fazer! 77 No dia a dia do(a) profissional da Engenharia de Fundações, é muito importante conhecer as opções de procedimentos que fazem parte das Investigações Geotécnicas, porém cada procedimento tem as suas particularidades e informações de base que precisam ser, rapidamente, acessadas quando se busca definir o plano de estudos do subsolo. Realizar a gestão das informações po- tencializa, aluno(a), o seu trabalho ou de sua equipe. Passamos por uma quantidade bem grande de métodos de Investigações Geotécnicas, nesta unidade, agora, realizaremos uma atividade de “Arquivologia Mental”. A seguir, estão embaralhadas várias normativas bem como equipamentos, procedimentos e resul- tados que vimos, aqui. Encontre as informações úteis às Investigações Geotécnicas para fundações e destaque-as das demais. Em seguida, anote os nomes delas no campo do organograma, na Prospecção Geotécnica da qual esses nomes fazem parte. Caso você perceba que estão faltando termos ou informações pertencentes aos procedimentos de estudos do subsolo que constam no organograma, pesquise-os no material de estudo e complete com a informação. GPR Cone resistivo Geo-Radar Geofones Amostras deformadas NSPT NBR 6118 qc Cilindro de gás Tripé Sistema de cravação Condutividade elétrica Cravação, no terreno, de uma ponteira cônica, a uma velocidade constante Cravação do amostrador-padrão no fundo de um furo no solo, usando a queda de peso de 65 kg de uma altura de 750 mm. NBR 10905 Aplicado torque na parte superior da composição da haste, rotacionando o amostrador-padrão, previamente, cravado no terreno. NBR 6483 NBR 16797 NBR 6118 Amostrador-padrão NBR 9603 NBR 6484 ASTM D-344 Ponteira tipo cone elétrico NBR 9604 NBR 16796 Cone-pressiômetro Manômetros Picareta Célula de medição ASTM D4719-20 ASTM D6635-1 Resistividade elétrica Crosshole NF-P-94-110-1 NBR 8036 Unidade de torque Ponteira tipo cone mecânico fs NBR 8044 Trado cavadeira Martelo 65 kg Cone-pressiômetro Unidade de controle Trado helicoidal Torquímetro Caixa de comando Eletrorresistividade Volumímetro Hastes de sondagem Mesa de torque Ponteira tipo piezocone 78 CONE CPT e CPTu SPT e SPT-T NormasNormas EquipamentosEquipamentos MétodoMétodo Resultados 79 1. Todo projeto de fundações requer um levantamento preliminar de informações para o seu planejamento. Estes dados são divididos em quatro grandes grupos, de acordo com sua natureza, em: Topografia; Geologia-Geotecnia; estrutura a construir; construções vizinhas. Sobre as Investigações Geotécnicas realizadas para as fundações, assinale a alternativa que descreve, corretamente, algumas das informações levantadas neste tipo de investigação: a) Dados sobre estabilidade de taludes e encostas no terreno, histórico de erosões da região e perfil geométrico da área para saber se haverá necessidade de serviços de movimentação de terra (cortes e aterros). b) Identificação das camadas do subsolo e profundidade de cadauma delas; dados referentes ao valor de compressibilidade e resistência dos solos bem como o nível do lençol freático. c) Tipo e uso da nova edificação; sistema construtivo e estrutural empregado; intensidade e posicionamento das cargas que serão transmitidas ao solo. d) Tipo e sistema construtivo da edificação vizinha; tipo de fundação empregado; exis- tência de estruturas ou construções subterrâneas (ex.: porão, fossas e sumidouros); patologias das construções; existência de mina de água, poços e nível de lençol freático. e) Custos envolvidos na construção da nova obra e prazos definidos pelo cronograma de execução. 2. As Investigações Geotécnicas fazem uso de diversos métodos de ensaio de campo para conhecer e entender as condições do terreno da obra e auxiliar no desenvolvimento de projetos de fundações. Esta investigação pode ser realizada, visualmente, por ensaios in situ (no local) ou em laboratório. Sobre os ensaios de campo do tipo SPT-T, CPT e CPTu, considere as afirmativas, a seguir: I) O SPT-T foi primeiro proposto por Ranzini, em 1988, com o intuito de complementar as informações obtidas pela Sondagem de Simples Reconhecimento, avaliando a resistência cisalhante do solo. Antes da perfuração e da cravação dinâmica de amos- trador-padrão, será realizado, a cada metro, a medição do Torque Máximo (Tmáx) com um torquímetro, para, em seguida, obter o Índice de Resistência do Ensaio SPT (NSPT). II) O Ensaio CPT consiste na cravação no solo, de forma contínua ou incremental, a uma velocidade padronizada de uma ponteira, também, padronizada, do tipo cone ou cone atrito, medindo a sua reação, contínua ou descontinuamente, para obter os componentes de resistência de ponta e de atrito lateral local. Em função do alto custo e da dificuldade em transportar o equipamento em locais de difícil acesso, o CPT é pouco usado, além de ter a necessidade de mão de obra especializada. III) O Ensaio de Piezocone (CPTU) tem muitas semelhanças com o Ensaio de Penetração de Cone Simples (CPT), ou seja, as suas sondas possuem as mesmas configurações, ob- tendo, então, os mesmos valores básicos. No entanto uma das principais diferenças das sondas do CPTU é que elas têm um elemento poroso em sua extremidade, ou, muitas vezes, em vários trechos, a fim de medir as pressões neutras do solo (relativas à água). 80 IV) O SPT-T foi proposto, primeiro, por Ranzini, em 1988, com o intuito de complementar as informações obtidas pela Sondagem de Simples Reconhecimento, avaliando a resistência cisalhante do solo. Após a perfuração e a cravação dinâmica de amostra- dor-padrão, será realizado, a cada metro, a medição do Torque Máximo e Residual, ainda com o amostrador-padrão cravado na porção do solo ensaiada. É correto o que se afirma em: a) I e II, apenas. b) II e III, apenas. c) I, II, III e IV. d) II, III e IV, apenas. e) I, apenas. 3. A seguir, é apresentado um relatório de Sondagem à Percussão com Ensaio SPT, da cidade de Rio Preto da Eva-AM. Descrição da Imagem: a imagem mostra uma tabela em linhas pretas sobre fundo branco. Essa tabela contém seções verticais que separam parâmetros e descrições e, também, linhas horizontais que delimitam camadas do subsolo. Na parte central da seção nomeada como “perfil estratigráfico”, temos as subcolunas com os valores indi- cativos de profundidade, N.A, avanço, índice de penetração e NSPT , além do gráfico SPT para os valores de golpes. Na parte da direita, há duas colunas apresentando as características da amostra e a discriminação da camada com os textos separados por linhas horizontais, os quais descrevem a composição das camadas de solo do ensaio. Figura 1 - Relatório de sondagem / Fonte: adaptada de Lima (2019). 81 Analisando os resultados para os Índices de Penetração do solo presentes no relatório, qual é o valor do NSPT a 4 m de profundidade? Assinale a alternativa correta: a) NSPT = 6. b) NSPT = 8. c) NSPT = 9. d) NSPT = 14. e) NSPT = 17. 82 3 Nesta terceira unidade do livro, você identificará os tipos de funda- ções diretas rasas que executamos em nossas edificações, explora- remos as principais teorias e métodos de cálculo para os parâmetros de projeto, por exemplo, a capacidade de carga. Fundações Diretas Rasas I Esp. Aline Cristina Souza dos Santos Considere as seguintes informações: na Serra do Caparaó, no estado de Minas Gerais, existe uma montanha chamada Pico do Cristal, que conta com, aproximadamente, 2.780 m de altitude e mantém a sua forma sobre terreno rochoso desde antes da Era Cenozoica (há 65,5 milhões de anos). No Planalto de Gizé, no deserto do Egito, foi construída a Grande Pirâmide de Quéops, que conta com, aproximadamente, 139 m de altura e mantém a sua forma sobre um terreno arenoso desde a IV Dinastia Egípcia (2.613-2.494 a.C.). São duas construções de enormes proporção e estrutura que se encontram estáveis e resistem ao tempo há muitos anos, sendo que uma possui formação natural, outra é resultado de projeto e traba- lho humanos. Ambas têm pontos em comum: são constituídas de rocha, além de um formato muito semelhante — base maior e topo menor. Mas você saberia dizer o motivo pelo qual esse formato é encontrado nas maiores e mais antigas construções humanas? O que os projetistas e construtores da Antiguidade aprenderam para garantir a estabilidade de suas obras, até os dias de hoje, como é o caso da Grande Pirâmide? Não é recente ou inovador que o conhecimento humano tenha base na observação de fenômenos naturais, e o mesmo se aplica às técnicas de construção. Quando imaginamos quais são os elementos 84 UNICESUMAR Descrição da Imagem: fotografia colorida de uma montanha de pedra cinza, com céu azul na parte superior e terreno com vegetação verde na parte de baixo. Descrição da Imagem: fotografia colorida de uma grande pirâmide marrom ao fundo, no centro, e uma pirâmide me- nor, em decomposição, à direita. Ambas estão em um terreno desértico com pedras e céu azul com nuvens. Figura 1 - Pico do Cristal, estado de Minas Gerais Fonte: Turismo... ([2021], on-line)1. Figura 2 - Grande Pirâmide de Quéops, Egito Fonte: Shutterstock naturais que alcançam maiores altitudes, podemos pensar, primeiro, nas montanhas e, depois, nas árvores, sendo ambos com formações e sistemas de apoio diferentes. O primeiro e mais simples de reproduzir é o das montanhas, o qual corresponde a uma base larga que sustenta o corpo e, gradual- mente, se reduz, ou seja, um aspecto muito parecido com as construções antigas. Quanto mais alta a montanha, maior a sua base. Existe um motivo para isso, claro! Os construtores antigos perceberam uma relação entre o porte (tamanho) e o peso da construção e a necessidade de uma base mais alargada para sustentá-la. O primeiro sistema de fundação vem deste conhecimento, a Fundação Direta, aquela que transmite a carga da edificação ao solo por meio da pressão distribuída em uma base alargada. Entenderemos como, naturalmente, a concepção de uma Fundação Direta funciona, por meio da análise do funcionamento do corpo humano. Imagine que o seu corpo é uma edificação e os seus pés são a estrutura de fundação desta construção. Para este experimento, você precisará de régua, fita métrica ou trena (para fazer as medições) e, também, informações sobre o peso de um corpo (geralmente, por meio da pesagem em balanças, como as de farmácia). Primeiro, meça o comprimento de um de seus pés, desde a ponta do dedão (o mais proeminente) até o final do calcanhar, e anote esta medida, em centímetros. Em seguida, meça a maior largura do seu pé, aquela que fica próxima aos dedos, também, em centímetros. Imaginaremos que os seus pés são como retângulos, com um lado maior e, outro, menor. Calcule a área deste retângulo. No segundo passo, anote a sua massa corporal, para isso, você deve se pesar em uma balança pre- sente numa farmácia ou num consultório médico, ou, até mesmo, naquelas balanças pequenas que temos em casa. Anote o valor da massa corporal, emquilogramas, e calcule a carga que essa massa gera, multiplicando-a pelo valor médio da gravidade (9,8 m/s²). Com as informações de uma área hipotética da base do seu pé e a carga advinda do peso que o seu corpo produz, determine o quanto de pressão cada um dos pés imprime, em média, no chão. Lembre-se que o peso do corpo estará dividido entre dois retângulos de base. A seguir, temos uma organização de equação para ajudar no cálculo, com a consideração da divisão da massa corporal para, apenas, um pé, e, também a conversão de unidades entre kg (massa) e cm (comprimento) para MPa (unidade de pressão): s s pé corpo pé pé pé M a b � �� � �� � � � � � � � � � � 2 0 098, pressão Em que: = qque um pé imprime ao chão, em Mpa; massa corporalMcorpo = ,, em kg; maior lado do pé, em cm; menor lado do a b pé pé = = pé, em cm. 85 UNIDADE 3 Agora que você sabe qual a pressão média que cada um de seus pés imprime ao chão, quando anda, ou, apenas, fica parado(a), anote, numa pequena lista, quais os lugares onde você esteve pisando e o seu pé afundou (mesmo que alguns milímetros) no solo e quais aqueles que não sentiu afundamento (solo duro). Por exemplo, em uma quadra de areia, na calçada de pedra, na grama, no asfalto, num terreno de solo escuro, num terreno de solo colorido (qual cor?), em caminho de pedras ou seixos, no barro, na beira do rio etc. Use o espaço do Diário de Bordo, a seguir, para as suas anotações de medidas do pé, cálculo da área do retângulo, massa corporal, cálculo da pressão de cada pé e registro das considerações sobre os terrenos nos quais o seu pé afunda e não afunda. DIÁRIO DE BORDO Tente pensar: o que há em comum entre os locais onde o seu pé afundou e onde não afundou? E quais tiveram mais e menos afundamento? Por quê? Você entende que, naturalmente, o seu corpo foi constituído para permanecer em pé, ou seja, total- mente, apoiado sobre dois pés. Então, a sua construção (corpo) está proporcional à sua fundação (pé); se você fosse mais alto(a)/maior, haveria mais carga corporal a ser distribuída por sua base e, conse- 86 UNICESUMAR quentemente, os seus pés deveriam ser maiores. O contrário também ocorre, se o seu corpo fosse mais baixo ou menor, haveria menos carga corporal a ser distribuída pela base e, então, os seus pés seriam menores. Porém, quando você está parado(a) sobre um terreno, a estabilidade de sua fundação (pés) não depende, somente, do quanto de carga o seu corpo possui ou quão maiores são os seus pés, mas também do tipo de resistência à pressão que o solo oferece. O projeto de fundações diretas rasas lida com essa relação entre a carga da edificação, a forma da base e a resistência à pressão do solo. Antes de começar a entender como funcionam as fundações diretas rasas, é preciso, primeiro, enten- der o conceito por trás destas duas denominações que constam no nome dessas fundações: Rasas e Diretas. Chamamos de superficiais ou rasas aqueles tipos de fundações nas quais os seus elementos apoiam-se sobre o solo a uma profundidade duas vezes menor do que a sua menor dimensão em planta (ABNT, 2019a). A imagem, a seguir, ilustra esta definição, mostrando o elemento de fundação e a sua menor dimensão em planta (B), além de como medir a sua profundidade de apoio (H) em relação ao nível do terreno (N.T.). Nomeamos como diretas aqueles tipos de fundações cujos elementos transmitem a carga recebida da estrutura da edificação (superestrutura) para o solo, por meio de tensões distribuídas sob a base (ABNT, 2019a). A imagem, a seguir, ilustra esta forma de distribuição de carga recebida (P) por um elemento de fundação para o terreno, por meio da pressão de sua base (sAp ). 87 UNIDADE 3 Descrição da Imagem: a imagem mostra um desenho, em vista frontal, de um elemento de fundação com um pilar cinza-escuro inserido em um recorte retangular de solo. Embaixo desse pilar, há uma cota medindo a largura da base, identificada pela letra “B”. À direita, há uma cota medindo a distância do nível do terreno até a base da fundação, o que é identificado pela equação “H menor igual 2B”. Figura 3 - Definição da fundação superficial ou rasa Fonte: a autora. Dessa forma, conseguimos entender que as fundações diretas rasas reúnem estas duas características: (i) profundidade de assen- tamento duas vezes menor do que a menor dimensão do elemento; (ii) transmissão, por meio da base, de cargas ao solo. Se as fundações diretas rasas transmitem as cargas por pressão em suas bases e se apoiam a pouca profundidade, entendemos que os locais onde essas fundações podem ser empregadas devem ter as camadas superficiais do solo com resistência suficiente para suportar as tensões do elemento de fundação. Ou seja, a carga aplicada pela fundação deve ser menor do que a capacidade de carga do solo. A Capacidade de Carga do Solo (σr), também chamada de Tensão de Ruptura do Solo (σrup), corresponde ao valor de tensão que o elemento de fundação (bloco, sapata, radier etc.) aplica sobre o solo, provocando deslocamentos que comprometem a sua segurança ou o seu desempenho (ABNT, 2019a). Esta ruptura ocorrerá em função da compressibilidade do solo, da geometria da fundação e do embutimento da mesma no solo, além do carregamento da estrutura. Os modos de ruptura variam desde uma ruptura frágil, chamada de Ruptura Geral, cujo elemento de fundação pode girar e levantar uma porção do solo acima da superfície do terreno, até uma ruptura dúctil, chamada de Ruptura por Puncionamento, em que o elemento de fundação se desloca, signi- ficativamente, para baixo, sem ocorrer desaprumo (CINTRA; AOKI; ALBIERO, 2011). No intermédio, também existe uma ruptura híbrida denominada Ruptura Local. O quadro, a seguir, reúne as principais informações sobre estes três tipos de modos de ruptura para Fundações Diretas Rasas, de acordo com os estudos de Aleksandar Vésic, em 1975. 88 UNICESUMAR Descrição da Imagem: a imagem mostra um desenho, em vista frontal, de um elemento de fundação na cor cinza, com um pilar inserido em um recorte retangular de solo, o qual está na cor marrom. Em cima desse pilar, há uma flecha apontada para baixo, no centro do pilar, acompanhada por um texto indicando “P igual carga no pilar”. Embaixo do elemento de fundação, há flechas pe- quenas apontadas para baixo, alinhadas na horizontal, na base desse elemento e dentro do solo, com um texto indicando as letras “sigma Ap”. Figura 4 - Definição da fundação direta Fonte: a autora. MÉTODO RUPTURA GERAL RUPTURA LOCAL RUPTURA POR PUNCIONAMENTO Ilustração Descrição Forma uma cunha que se move, verticalmente, para baixo, e que empurra duas outras cunhas, levantando o solo adjacente à fundação. Frágil. Súbita. Catastrófica. Não apresenta um comporta- mento típico, são casos inter- mediários entre os dois extre- mos. Podem combinar ruptura generalizada e puncionamento. Não há colapso catastrófico. Não há movimentação de solo na superfície, a fundação se move, verticalmente, para baixo, por meio de penetra- ção no solo. Dúctil. Progressi- va. Difícil percepção. Ocorrência Solos mais resistentes e menos deformáveis. Areias compactas e muito compactas. Argilas rijas e duras. Solos de média compacidade ou consistência. Areias, medianamente, compactas. Argilas médias. Solos mais deformáveis e menos resistentes. Areias pouco compactas e fofas. Argilas moles ou muito moles. Carga x Recalque A carga de ruptura atinge pequenos valores de recalque. A carga cresce com os recalques. A carga de ruptura é atingida para recalques mais elevados e, após ela, serão incessantes. Efeito Baixos valores de recalque. Superfície de ruptura bem definida e acompanha um tombamento da fundação, cujo elemento pode girar. Não ocorre giro. Recalques são sucessivos e é perceptível a movimentação de solo na superfície. Superfície de ruptura definida, progressivamente, e abaixo da base da fundação. Recalques sucessivos e incessantescom ou sem acréscimo de carga, sem desaprumo da fundação. O padrão de ruptura não é, facilmente, observado. Quadro 1 - Métodos de ruptura por Vésic / Fonte: Vésic (1975 apud CINTRA; AOKI; ALBIERO, 2011). De forma numérica, o método de rup- tura pode ser determinado por meio de um gráfico que relaciona o ângulo de atrito e a coesão do solo em questão: 89 UNIDADE 3 Descrição da Imagem: a imagem mostra a ilustração de um gráfico em linhas pretas so- bre fundo branco. O eixo horizontal, nomeado “coesão c (kPa)”, apresenta valores indicativos 50 e 100. O eixo vertical, nomeado “ângulo de atrito phi”, mostra valores indicativos de 10, 20, 30 e 40 graus. Há, também, linhas com inclinação para a esquerda dividindo o grá- fico em três áreas, as quais são nomeadas, da esquerda para a direita, como “I punciona- mento”, “II ruptura local” e “III ruptura geral”. Figura 5 - Gráfico dos métodos de ruptura do solo Fonte: Cintra, Aoki e Albiero (2011). A Tensão de Ruptura do Solo (σrup) pode ser calculada segundo métodos e equações diferentes, cada uma delas variando de acordo com o tipo e o estado do solo (areias e argilas nos vários estados de compacidade e consistência), dimensão e forma do elemento de fundação (circulares, quadradas, retangulares ou corridas) e, também, conforme a profundidade do elemento de fundação (TEIXEIRA; GODOY, 2019). O quadro, a seguir, lista alguns desses métodos e as condições específicas nas quais eles são aplicados. TIPO DE SOLO COMPACIDADE OU CONSISTÊNCIA MÉTODO DE ANÁLISE Areia Compacta Terzaghi – Ruptura Geral, Ruptura Local e Ruptura Intermediária ou Meyerhof Fofa Intermediária Argila saturada Qualquer Skempton Argila parcialmente saturada Acima da média Meyerhof Argila porosa Qualquer Não aplicável Silte Não plástico Qualquer Tratar como areia fina Plástico Tratar como argila Quadro 2 - Método de análises para o cálculo da capacidade de carga de ruptura para fundações rasas Fonte: adaptado de Albuquerque e Garcia (2020). Qual o método de cálculo mais eficiente para um projeto de fundações diretas rasas? Esta resposta pode ser obtida avaliando o desempenho das fundações após a sua conclusão. Na prática, projetistas utilizam, sempre, mais de um método para confirmar as suas estimativas. As escolhas de projeto são testadas por metodologias diferentes e agregam confiabilidade nos resultados. Para o cálculo da Tensão de Ruptura, pelo Método de Terzaghi, consideramos as características da camada de solo na qual a fundação se assenta, isto é, desprezamos as contribuições das camadas de solo acima da cota de apoio (ALONSO, 2019). Considerando uma situação em que o solo apresentará uma ruptura pelo esforço da fundação, o Método de Terzaghi realiza o cálculo da Tensão de Ruptura (σrup) utilizando a seguinte equação: 90 UNICESUMAR σ γ γ γ rup c c q qc N S B N S q N S� � �� � � � � �� �� � � � � � � � � � �� �2 Em que: c = coeesão do solo; peso específico do solo onde se apoia a γ = ffundação; menor dimensão (em planta) do elemento de fuB = nndação; pressão efetiva do solo na cota de apoio da fuq = nndação; fatores de carga (função do ângulo de N N N c q γ � � �� � � � atrito do solo f) fatores de forma . S S S c q γ � � �� � � � Os fatores de carga (Nc, Nγ e Nq) podem ser determinados por meio de um ábaco elaborado por Ter- zaghi, para cada situação de ruptura solo: Ruptura Geral e Ruptura Local. Os valores estão compilados no quadro, a seguir, a fim de facilitar a consulta e a determinação. Ângulo de atrito f Ruptura Geral Ruptura Local Nc Nq Nγ N’c N’q N’γ 0º 5,70 1,00 0,00 5,70 1,00 0,00 5º 7,34 1,64 0,49 6,74 1,39 0,18 10º 9,60 2,69 1,25 8,02 1,94 0,47 15º 12,86 4,45 2,54 9,67 2,73 0,92 20º 17,69 7,44 4,97 11,85 3,88 1,74 25º 25,13 12,72 9,70 14,81 5,60 3,17 30º 37,16 22,46 13,73 18,99 8,31 5,66 35º 57,75 41,44 42,43 25,18 12,75 10,14 40º 95,66 81,27 100,39 34,87 20,50 18,82 Tabela 1 - Fatores de carga pela Teoria de Terzaghi / Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). Os fatores de carga (N’c, N’γ e N’q) apresentados no quadro fazem referência aos valores para condi- ções de solos com Ruptura Local, sendo utilizados na Equação de Terzaghi apresentada, anterior- mente, com redução aos valores da coesão (c) e do ângulo de atrito (f ) tomados em 2/3 (TEIXEIRA; 91 UNIDADE 3 GODOY, 2019). Calculam-se novos valores de Coesão para Solos com Ruptura Local (c’) e Ângu- lo de Atrito para Solos com Ruptura Local (f ’), conforme detalhado nas equações, a seguir: Solos com Ruptura Local c c' tan ' tan � � � � � � � � � � � �� � � � � 2 3 2 3 f f Dessa forma, nas situações em que os solos apresentam Ruptura Local (areias fofas e argilas moles), a equação para cálculo da Tensão de Ruptura, pelo Método de Terzaghi (ALONSO, 2019), fica ajustado à seguinte equação: σ γ γ γ rup c c q qc N S B N S q N S� � �� � � � � �� �� � � � � � � � � � �� �' ' ' ' 2 Em que: c’ = = coesão do solo com ruptura local; peso específico dγ oo solo onde se apoia a fundação; a menor dimensão (em B = pplanta) do elemento de fundação a pressão efetiva do sq = oolo na cota de apoio da fundação ' ' ' fatores d N N N c q γ � � �� � � � ee carga (função do Ângulo de Atrito do Solo com Ruptura Loocal f') fatores de forma S S S c q γ � � �� � � � Nos casos dos solos com Ruptura Intermediária, é necessário o uso da Equação de Terzaghi, por meio da utilização de valores de Fatores de Carga com Ruptura Intermediária (N”c, N”γ e N”q) e Coesão do Solo com Ruptura Intermediária (c”), que são uma média entre aqueles tomados na situação de Ruptura Geral e Ruptura local, ou seja, segundo Albuquerque e Garcia (2020): 92 UNICESUMAR Solos com Ruptura Intermediária " ' " ' " c c c c N N N N c c c � � � � � � 2 5 6 2 g �� � � � � � � � � �� � � � � � � N N N N N q q q g g' " ' 2 2 Desta forma, as situações em que os solos apresentam Ruptura Intermediária (areias, medianamente, compactas e argilas médias), a equação para cálculo da Tensão de Ruptura, pelo Método de Terzaghi, fica: σ γ γ γ rup c c q qc N S B N S q N S� � �� � � � � �� �� � � � � � � � � � �� �" " " " Em que : 2 c" = = coesão do solo com ruptura intermediária; peso espeγ ccífico do solo onde se apoia a fundação; menor dimensãB = oo (em planta) do elemento de fundação; pressão efetivaq = do solo na cota de apoio da fundação; " " " fat N N N c q γ � � �� � � � oores de carga para solo com ruptura intermediária; S S S c q γ �� � �� � � � fatores de forma . Os fatores de forma (Sc,Sγ e Sq) propostos por Terzaghi, para o seu método, em 1943, podem ser obtidos em um quadro esquematizado, de acordo com o formato da área da base do elemento de fundação (TEIXEIRA; GODOY, 2019). Em 1975, Vésic realiza estudos experimentais para testar o Método de Terzaghi e propõe modificações a esses mesmos fatores de forma, elaborando um novo quadro com cálculos para cada caso. Ambas as considerações são apresentadas na tabela, a seguir: 93 UNIDADE 3 FORMA DA BASE DA FUNDAÇÃO FATORES DE FORMA TERZAGHI (1943) Sc Sq Sγ Corrida 1,0 1,0 1,0 Quadrada 1,3 0,8 Circular 1,3 0,6 Retangular (L > B e L < 5B) 1,1 0,9 FATORES DE FORMA VÉSIC (1975) Sc Sq Sγ Corrida 1,0 1,0 1,0 Quadrada ou Circular 1� � � � � � � N N q c 1� � �tan f 0,6 Retangular (L > B e L < 5B) 1� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � B L N N q c 1� � � � � � � � � � � � � � � � B L tan f 1 0 4� �� � � � � � � � � � � �, B L Tabela 2 - Fatores de forma segundo Terzaghi (1943) e Vésic (1975) / Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). A determinação dos valores de coesão (c), do peso específico (γ) e do ângulo de atrito (f ) podem ser feitas por ensaios específicos de laboratório, em amostras do solo abaixo da fundação. Porém, quando não se dispõe destes tipos de ensaios, os seus valores podem ser aproximados pelos quadros de correlações daResistência à Penetração (NSPT) do Ensaio SPT (ALONSO, 2019). O quadro, a seguir, apresenta estas correlações aproximadas. TIPO DO SOLO RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO NSPT COESÃO DO SOLO c (kPa) Argilas Muito mole < 2 < 10 Mole 2 a 4 10 a 25 Média 4 a 8 25 a 50 Rija 8 a 15 50 a 100 Muito rija 15 a 30 100 a 200 Dura > 30 > 200 RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO NSPT ÂNGULO DE ATRITO f 94 UNICESUMAR TIPO DO SOLO RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO NSPT COESÃO DO SOLO c (kPa) Areias Fofa < 4 < 30º Pouco compacta 4 a 10 30º a 35º Medianamente compacta 10 a 30 35º a 40º Compacta 30 a 50 40º a 45º Muito compacta > 50 > 45º RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO NSPT PESO ESPECÍFICO 𝛄 (kN / m³) Argila Muito mole < 2 13 Mole 2 a 5 15 Média 6 a 10 17 Rija 11 a 19 19 Dura > 19 21 RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO NSPT PESO ESPECÍFICO 𝛄 (kN / m³) Areia Pouco compacta Seca 5 a 8 16 Úmida 18 Saturada 19 Medianamente compacta Seca 9 a 18 17 Úmida 19 Saturada 20 Compacta Seca 19 a 41 18 Úmida 20 Saturada 21 Quadro 3 - Correlação entre a Resistência à Penetração (NSPT), a coesão (c), o ângulo de atrito (φ) e o peso específico (γ) do solo Fonte: adaptado de Alonso (2019) e Albuquerque e Garcia (2020). Método de Terzaghi A aplicação do Método de Terzaghi para fundações diretas rasas preci- sa ser um pouco mais explorada, por meio de um exemplo prático que demonstre o método de cálculo, utilizando, assim, um Relatório de En- saio SPT conhecido. Nesta Pílula de Aprendizagem, demonstramos um cálculo simples para uma situação de projeto de uma fundação direta rasa. Acesse o vídeo explicativo para ver esta demonstração! 95 UNIDADE 3 https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/9732 O cálculo da Tensão de Ruptura (σrup), por mé- todos teóricos, é passível de diversas incertezas. Devido à impossibilidade prática de conhecer o estado de tensões naturais do solo, não é possível estimar, precisamente, mesmo com sondagens, as condições de drenagem que definirão o compor- tamento de cada camada de solo sob as fundações. As suas formulações encontram dificuldade em estabelecer, com exatidão, a resistência ao cisa- lhamento do solo, tão importante para estimar a capacidade de carga. Por esta razão, não aborda- remos todas as metodologias teóricas presentes na literatura, partindo, então, para outros dois tipos de estimativas da Tensão de Ruptura. Cálculo da capacidade de carga pela execução de provas de carga no terreno da obra A tensão admissível é determinada utilizando méto- dos de cálculo que se baseiam nos resultados de um ensaio de campo chamado Prova de Carga sobre Placa, previsto na norma técnica de fundações, a NBR 6122 (ABNT, 2019a), regulamentado, em detalhes, pela NBR 6489: Solo – Prova de Carga Estática em Fundação Direta (ABNT, 2019b). Esse ensaio reproduz, da seguinte forma, uma situação de solicitação de uma fundação direta so- bre o maciço: (1) uma placa rígida de ferro fun- dido com 80 cm de diâmetro é posicionada sobre o solo a ser ensaiado; (2) um macaco hidráulico será acoplado, a fim de produzir esforço de reação contra uma caixa carregada de material (areia, ferro etc.) ou um sistema de tirantes, conforme a figura, a seguir; (3) um manômetro será acoplado ao macaco hidráulico para medir o valor da pressão (tensão) aplicada, e um deflectômetro, para medir o recalque do sistema; (4) certa pressão será aplicada pelo macaco hidráulico, em estágios, anotando-se o tempo de início e fim de cada estágio, a pressão em MPa e o recalque em mm, só iniciando o novo estágio após a estabilização do recalque no estágio anterior; (5) com os resultados monitorados, é traça- do o gráfico que exibe a curva Tensão x Recalque para aquele solo ensaiado (ABNT, 2019b). 96 UNICESUMAR As curvas podem representar um comportamento de ruptura dife- rente de acordo com o tipo de condição do maciço. Os solos mais resistentes (argilas rijas ou areias compactas) apresentam uma Curva de Ruptura Geral, em que é possível definir o valor da Tensão de Ruptura (sR ) pelo eixo vertical que a curva faz quando o sistema começa, sem haver aumento de tensão, a aumentar o recalque. Os solos de baixa resistência (argilas moles ou areias fofas) apresentam uma Curva de Ruptura Local, na qual não é possível definir o valor da Tensão de Ruptura, pois a curva segue uma direção descendente sem, nunca, estabelecer um eixo vertical definitivo para uma tensão limite. Na figura, a seguir, são ilustradas as curvas para estes dois tipos de rupturas: 97 UNIDADE 3 Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração em tons de cinza, com duas partes. À esquerda, vê-se a instalação de equipamento para Ensaio de Placa com núme- ros indicativos de 1 a 8, posicionados ao lado de cada peça. Há uma caixa preenchida com hachura e um texto que diz: “carga de reação (areia, ferro etc.) ” sobre o equi- pamento de eixo cilíndrico e da base larga, apoiada no fundo de um recorte de uma camada de terreno, recorte esse que apresenta contorno hachurado. À direita, há um texto indicando, em formato de lista, as legendas dos equipamentos numerados: (1) viga de referência; (2) cavalete de apoio; (3) solo; (4) deflectômetro; (5) placa phi igual a 80 cm; (6) viga de transição; (7) célula de carga; (8) macaco hidráulico. Figura 6 - Sistema de Ensaio de Placa utilizando caixa carregada Fonte: adaptada de Alonso (2019). A seguir, apresentamos as equações gerais da Tensão Admissível pela Prova de Carga (σadm) para os dois tipos de curva Tensão x Recalque: • Para solos com Ruptura Geral, temos: s s s adm R R FS � � Em que: ; FS = tensão de ruptura fator de segurançça que deve ser sempre : FS 2.� • Para solos com Ruptura Local, temos: s s s s adm FS � � � � � � � � � � � � �� � � � � � 25 10 25 Em que: tensão correspondeente a um recalque de 25 mm; tensão correspondente a ums10 � recalque de 10 mm; fator de segurança que deve ser seFS = mmpre : FS 2.� 98 UNICESUMAR Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração em tons de cinza, com duas partes. À esquerda, vê-se a instalação de equipamento para Ensaio de Placa com números indicati- vos de 1 a 8, posicionados ao lado de cada peça. Há uma caixa preenchida com hachura e um texto que diz: “carga de reação (areia, ferro etc.) ” sobre o equipamento de eixo cilíndrico e da base larga, apoiada no fundo de um recorte de uma camada de terreno, recorte esse que apresenta contorno hachurado. À direita, há um texto indicando, em formato de lista, as legendas dos equipamentos numerados: (1) viga de referência; (2) cavale- te de apoio; (3) solo; (4) deflectômetro; (5) placa phi igual a 80 cm; (6) viga de transição; (7) célula de carga; (8) macaco hidráulico. Figura 7 - Curvas Pressão x Recalque para Ruptura Local e Ruptura Geral / Fonte: Alonso (2019). III) Cálculo da capacidade de carga pelas equações semiempíricas: a Tensão Admissível é deter- minada por meio de métodos de cálculo com base em ensaios de campo (SPT e CPT), um procedi- mento bastante comum na prática de fundações, no Brasil (ALBUQUERQUE; GARCIA, 2020). As equações utilizam um valor da Resistência à Penetração Média ( NSPT ) e a Resistência de Ponta Média ( qc ) que se encontram na região do Bulbo de Tensões. O tamanho desse Bulbo de Tensões varia de acordo com a forma da área da base do elemento de fundação, sendo que a profundidade de cada um deles é calculada conforme a Menor Dimensão em Planta (B) do elemento. Na figura, a seguir, é representado como se determina essa profundidade para cada caso. Tensão Admissível A utilização do Ensaio de Placa para determinar a Tensão Admissível pode ser melhor entendida por meio de uma aplicação prática que demonstre o cálculo. Pensando nisso, elaborei uma Pílula de Apren- dizagem que mostra o cálculo para um resultado de ensaio que con- tém uma curva Tensão x Recalque. Acesse o vídeo explicativo para ver esta demonstração! 99 UNIDADE 3 Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustraçãoem tons de cinza com três partes nomeadas. À esquerda, uma figura é identificada como “quadrada ou circular”, no centro, uma figura é nomeada como “retangular” e, à direita, nomeada como “corrida”. Todas repetem o mesmo elemento de fundação, que é uma flecha apontada para baixo, no centro do pilar, na porção superior, e um círculo tracejado abaixo da base desse círculo. Do lado esquerdo da primeira figura, há uma cota horizontal indicando “largura da base B” e uma cota vertical indicando o alcance do círculo de, aproximadamente, 2B. No centro, há uma cota horizontal que indica a largura da base B e, também, há uma cota vertical indicando o alcance do círculo de, aproximadamente, 3B. No lado direito, vê-se uma cota horizontal que indica a largura da base B e, também, uma cota vertical, a qual indica o alcance do círculo de, aproximadamente, 3B. Figura 8 - Definição do Bulbo de Tensões em função do formato da área da base do elemento de fundação Fonte: Albuquerque e Garcia (2020). https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/9733 As correlações utilizando os resultados dos Ensaios SPT e CPT advêm dos estudos de diferentes pes- quisadores para diferentes situações de solo, sendo alguns desses estudos propostos há muitos anos, mas ainda servem à estimativa de Tensão Admissível em determinada região do país. A seguir, apresentamos, num quadro, a relação dos principais métodos propostos para os valores de Tensão Admissível (sadm ) correlacionando resultados de NSPT médio e qc médio: PROPOSTA SOLO NSPT EQUAÇÃO PARA TENSÃO ADMISSÍVEL sadm (kPa) Mello (1975) Argilas do Terciário da cidade de São Paulo. 4 a 16 sadm SPTN� �20 sadm SPTN� � �� �100 1 Teixeira (1996) Argilas pouco a, me- dianamente, plástica e FS = 3. 5 a 25 sadm SPTN� �20 Fundação apoiada em areias (g = 18 kN/m³) a 1,5 m de profundidade e FS = 3. sadm SPTB N� � � �� ��� �� �� �50 10 4 PROPOSTA SOLO qc (Mpa) EQUAÇÃO PARA TENSÃO ADMISSÍVEL sadm (Mpa) Teixeira e Godoy (1996) Areias > 1,5 sadm cq= 10Argilas Quadro 4 - Equações de Tensão Admissível por NSPT e qc médios Fonte: adaptado de Mello (1975), Teixeira (1996) e Teixeira e Godoy (1996). Para utilizar essas formulações, anteriormente, propostas, é necessário entender a forma de determinar os valores médios da Resistência à Penetração (NSPT) e, também, da Resistência de Ponta (qc) aos perfis do solo. O primeiro passo para isso é determinar a qual profundidade o elemento de fundação se apoiará, então, definir (ou buscar a informação no pré-projeto) qual será a forma da área da base (quadrada, circular, retangular ou corrida). Com estas informações em mãos, podemos realizar o cálculo da área de influência do Bulbo de Tensões, de acordo com as orientações na figura anterior, e conferir quais valores de NSPT e de qc estarão dentro desse bulbo. 100 UNICESUMAR Para os casos em que estamos calculando a Tensão Admissível e, também, utilizando os relatórios do Ensaio de Penetração Padrão (Standard Penetration Test – SPT), a figura, a seguir, ilustra como é feito o cálculo da Resistência à Penetração Média ( NSPT ) para um elemento de fundação de área da base quadrada ou circular. Agora, pensando no caso da determinação da Tensão Admissível para os resultados do Ensaio de Pe- netração do Cone (Cone Penetration Test – CPT), a figura, a seguir, ilustra como é feito o cálculo da Resistência de Ponta Média ( qc ) para um elemento de fundação de área da base quadrada ou circular. 101 UNIDADE 3 Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração em tons de cinza, dividida em duas partes. À esquerda, estão um perfil de subsolo separado em três camadas horizontais e um eixo vertical com números verticais de Ensaio SPT, com um elemento de fundação inserido na primeira camada, o qual mostra uma área circular hachurada, abaixo da base. À direita, o cálculo para o NSPT médio e a Tensão Admissível. Figura 9 - Procedimento para determinação do valor da Resistência à Penetração Média ( NSPT ) Fonte: Albuquerque e Garcia (2020). Cálculo para Ensaio SPT A aplicação de métodos semiempíricos para determinar a Tensão Admissível pode ser melhor entendida por meio de uma aplicação prática que demonstre o cálculo. Pensando nisso, elaborei uma Pí- lula de Aprendizagem que mostra um exemplo do cálculo para um resultado de Ensaio SPT, considerando uma fundação direta rasa. Acesse o vídeo explicativo para ver esta demonstração! 102 UNICESUMAR Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração em tons de cinza, dividida em duas partes. À esquerda, há texto indicativo superior que diz “circular ou quadrada”, mostrando um perfil de subsolo separado em duas camadas horizontais e um elemento de fun- dação inserido na primeira camada, o qual tem uma área circular hachurada, abaixo da base. À direita, vê-se o gráfico com eixo horizontal superior nomeado como “resistência de ponta (qc) (MPa)” e valores que variam de 1 a 8, além de um eixo vertical para baixo, o qual é nomeado como “profundidade (m)” e valores que variam de 1 a 5. No gráfico, também é possível ver uma curva delimitada, descendente, em linha preenchida, com um eixo vertical em linha tracejada, reta, indicando “qc médio” e o cálculo da Tensão Admissível descrito. Figura 10 - Procedimento para determinação do valor da Resistência de Ponta Média ( qc ) / Fonte: Albuquerque e Garcia (2020). https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/9734 Luciano Décourt (1999; 2017) aponta que, para os cálculos de projetos das fundações diretas, é neces- sário almejar recalques iguais aos elementos que compõem a infraestrutura, e não tensões iguais. Para isso, o autor propõe, em seus estudos recentes, a correlação entre a razão da Tensão de Projeto (q) e a Tensão de Referência (qr) com a razão do Recalque da Fundação Direta (s) e o Lado Equivalente da Fundação Direta (Beq), como mostra a equação, a seguir: log log Em que : coeficien q q C C s B C r eq � � � � � � � � � � � �� � � �� � � � � � � � � � tte de compressibilidade intrínseca do solo . Para determinar o Lado Equivalente da Fundação Direta (Beq), é preciso conhecer a Área da Base (Abase) do elemento de fundação, cujo cálculo é: B Aeq base= O Método Décourt considera que a curva Carga x Recalque seja normalizada, de forma que a Tensão de Referência calculada pelo método represente recalque de 10% do lado da fundação direta rasa. Para determinar a Tensão de Referência (qr), o autor propõe o uso de correlações empíricas apresentadas no quadro, a seguir. Nestas considerações, utilizamos, como valores de NSPT, o número de golpes do Ensaio SPT para eficiência de 72%, enquanto o Neq corresponde ao valor do torque medido no Ensaio SPT-T, que é dividido por um fator no valor de 1,2 proposto por Décourt (1999). O quadro, a seguir, apresenta as correlações com essas tensões de referência: SOLO TENSÃO DE REFERÊNCIA qr (kPa) Areias 120 120�� � � �� �N NSPT eq Solos intermediários 100 100�� � � �� �N NSPT eq Argilas saturadas 80 80�� � � �� �N NSPT eq Quadro 5 - Correlações para determinação da Tensão de Referência (qr) por Décourt (1999) / Fonte: adaptado de Décourt (1999). 103 UNIDADE 3 A determinação do Coeficiente de Compressibilidade Intrínseca do Solo (C), previsto no estudo de Décourt (1999), leva em consideração a origem do solo que faz parte da camada de apoio da fundação direta. Os principais valores estimados pelo autor, para solos brasileiros, estão organizados no quadro, a seguir. SOLO COEFICIENTE DE COMPRESSIBILIDADE INTRÍNSECA DO SOLO C Lateríticos 0,28 a 0,42 Não-lateríticos 0,426 Areias de quartzo (sedimentares ou residuais) 0,40 ± 15% Areias calcárias 0,70 ± 15% Quadro 6 - Valores do Coeficiente de Compressibilidade Intrínseca do Solo (C) previstos no estudo de Décourt (1999) Fonte: adaptado de Décourt (1999). Resultado de ensaio SPT-T O Método Semiempírico de Luciano Décourt, para fundações dire- tas, é uma proposta, relativamente, recente, dentro da Engenharia de Fundações, por isso,os seus cálculo e aplicações precisam de exem- plos para demonstrar o seu funcionamento. Pensando nisso, elabo- rei uma Pílula de Aprendizagem que mostra um exemplo do cálculo para um resultado de Ensaio SPT-T, considerando uma fundação di- reta rasa. Acesse o vídeo explicativo para ver esta demonstração! Resistência dos solos em fundações Ao chegar a este ponto, você já deve ter percebido que a determi- nação da Capacidade de Carga dos Solos é um fator de extrema im- portância para iniciar qualquer projeto de fundações, por isso, não podemos errar no entendimento deste tópico. Então, é necessário entender os principais parâmetros que influenciam este fator: con- dições não homogêneas do solo e influência do lençol freático. São estes tópicos que abordaremos no podcast desta unidade, em que nos aprofundaremos, ainda mais, em alguns exemplos e, também, desmistificaremos algumas noções erradas sobre a resistência dos solos em fundações. Acesse o link e coloque para tocar! 104 UNICESUMAR https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/9735 https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/8310 Base de fundações diretas rasas No dimensionamento das fundações diretas rasas, o primeiro item a ser determinado é a Área da Base, um valor calculado pela razão entre a Carga de Projeto e a Tensão Admissível do solo onde o elemento da fundação se apoiará. Já foram abordadas, até aqui, as várias formas de determinação da Tensão Admissível do solo, ficando a cargo do(a) projetista determinar o método utilizado, então, resta entender um pouco mais sobre a Carga de Projeto. A Carga de Projeto é composta pela soma do Esforço da Estrutura (P) e pelo Peso Próprio (pp) do elemento de fundação. Nas situações em que o Peso Próprio de um elemento de fundação depende das dimensões dele (base, altura etc.) que ainda serão calculados (caso de blocos e sapatas), recomenda-se adotar a estimativa inicial de projeto correspondente a 5% do Esforço da Estrutura (ALONSO, 2019). A equação, ao lado, apresenta o cálculo para a Área da Base de um elemento de fundação direta: A P pp adm � �� � s Em que : esforço da estrutura; peso próp P = pp = rrio do elemento de fundação; tensão admissível do ssadm = oolo . 105 UNIDADE 3 Descrição da Imagem: a imagem mostra uma fotografia colorida de um canteiro de obras. Neste canteiro, o está solo escavado em eixos retos, limitados por madeiras que formam caixarias apoiadas sobre esse solo. Tais eixos, que estão interligados, delimitam áreas retangulares. Também é possível ver barras de aço, posicionadas na vertical, nos pontos de interseção dos eixos. Figura 11 - Fundação direta rasa para construção de casa / Fonte: Shutterstock Com o valor da Área da Base calculado, o dimensionamento prossegue para a definição da forma dessa base e o cálculo de suas dimensões. Sabemos que existem algumas formas básicas mais utilizadas, algumas delas são escolhidas pelo(a) projetista, outras são impostas pelas condições de implantação do projeto. As principais formas de área de base e os cálculos de suas dimensões são apresentados no quadro, a seguir. FORMA DIMENSÕES DE PROJETO EQUAÇÃO Circular D = diâmetro D A � �� �� � � � � � 4 p Quadrada a = lado a A= Retangular a = maior lado b = menor lado a b A�� � � Quadro 7 - Equações para cálculo de dimensões da base de elementos de fundações / Fonte: a autora. 106 UNICESUMAR As fundações são uma área de estudo, dentro da Engenharia, que depende de muito estudo e prática para ser, completamente, aprendida. É importante aprender com materiais e referências dos conhecimentos de quem tem prática na indústria seja em projetos, seja em execução, como também na fiscalização ou na pesquisa sobre as variações de condições de solo e projetos. Por isso, cabe a você colher o máximo de ensinamentos disponíveis nas publicações da área de Fundações, principalmente, aquelas de autores brasileiros, e adaptá-las às condições de solo, de equipamentos, de geometria de edificação e de práticas executivas encontradas em nosso país. É preciso que a pessoa que deseja desenvolver projetos de fundações conheça, a fundo, este tipo de solução, porque é o primeiro nível de complexidade da área. Sem entender como as fundações diretas rasas funcionam e são dimensionadas, dificulta-se muito a compreensão de como as fundações indiretas e profundas são pensadas, para suprir o que as anteriores não puderam solucionar. Nas palavras dos consagrados Dirceu de Alencar Velloso e Francisco Lopes (2011, p. 5), respectivamente, engenheiro de fundações e engenheiro geotécnico: “ “Gostaríamos de lembrar que Fundações é um casamento, nem sempre harmonioso, de técnica e arte. Portanto, o profissional que se decide por essa especialidade, que é, como já foi dito, fascinante, tem que ser prudente. Somente a experiência lhe permitirá ser mais ou menos audacioso”. Os dimensionamentos de fundações diretas podem ter diversos caminhos de cálculo, dependendo das variáveis da situação da obra, como: filosofias de projeto; Capaci- dade de Carga; recalque e Tensão Admissível. Por isso, é importante conhecer exercícios resolvidos e ilustrações explicativas para as diversas variações de forma, cargas, posicionamento e espaço de terreno disponível. O livro de José Carlos A. Cintra, Nelson Aoki e José Henrique Albiero, Fundações diretas: projeto geotécnico, está disponível na Biblioteca Vir- tual e é uma importante obra de referência sobre o tema para estudantes de Engenharia Civil. Acesse este conteúdo, de forma gratuita, como aluno(a) da Unicesumar e expanda os seus estudos sobre fundações! 107 UNIDADE 3 108 No dia a dia profissional da Engenharia de Fundações, é muito importante conhecer os parâmetros e elementos envolvidos no desenvolvimento de projeto. Porém cada método de cálculo possui as suas particularidades e informações base que precisam ser, rapidamente, acessadas, quando se busca definir o plano de dimensionamento. Passamos por uma quantidade bem grande de tipos de fundações, parâmetros de projeto, métodos de dimensionamento e classificação dos elementos, agora, realizaremos uma atividade de “Arquivologia Mental”. A seguir, estão vários termos e palavras, embaralhados, que vimos, nesta unidade. Você analisa- rá cada um deles e os anotará no espaço adequado do organograma de fundações superficiais. Caso perceba que estão faltando termos ou informações que fazem parte das aulas presentes no organograma, pesquise-os no material de estudo e complete com a informação. Diretas Rasas Blocos Sapatas Ensaio de Placa NBR 6489 Indiretas Profundas Método de Skempton Tensão Admissível Por SPT Tensão Admissível Por CPT Método Décourt Radier Tensão de Solicitação Tensão de Resistência Fatores de Segurança Parciais Tensão Admissível Tensão de Ruptura Fatores de Segurança Globais Método de Terzaghi 109 1. Deseja-se executar uma sapata quadrada (b = 0,95 m) apoiada na cota -1,50 m do solo, cujo relatório de sondagem é apresentado a, seguir: Sabe-se que esta sapata será confeccionada em concreto armado e que a carga que este ele- mento de fundação deve distribuir ao solo, pela pressão de sua base, é igual a 75 kN. Não foram realizadas provas de carga no terreno da obra, de forma que o Fator de Segurança utilizado deve ser igual ou maior que 3. Utilizando o Método Semiempírico de Tensão Admissível por SPT, assinale a alternativa que apresenta a análise correta para a situação apresentada: a) Tensão Aplicada > Tensão Admissível: a sapata está mal dimensionada para a carga que precisa ser distribuída, situação de insegurança para a fundação. b) Tensão Aplicada > Tensão Admissível: a sapata está bem dimensionada para a carga que precisa ser distribuída, situação de segurança para a fundação. c) Tensão Aplicada < Tensão Admissível: a sapata está mal dimensionada para a carga que precisa ser distribuída, situação de insegurança para a fundação. d) Tensão Aplicada < Tensão Admissível: a sapata está bem dimensionadapara a carga que precisa ser distribuída, situação de segurança para a fundação. 110 Descrição da Imagem: a figura apresenta uma tabela em linhas pretas sobre fundo branco. Essa tabela contém seções verticais que separam parâmetros (profundidade, Resistencia à Penetração, gráfico S e perfil), e linhas horizontais de- limitando os resultados mensurados do ensaio. Embaixo da célula do gráfico SPT, há uma representação gráfica dos resultados registrados, traçando um perfil decrescente até o ponto 4,45 m. Figura 1 - Relatório de sondagem com Ensaio SPT no centro de Caxias-MA / Fonte: adaptada de Santos et al. (2018). e) Tensão Aplicada = Tensão Admissível: a sapata está no limite de segurança de dimensiona- mento para a carga que precisa ser distribuída, situação de insegurança para a fundação. 2. Luciano Décourt aponta que para os cálculos de projetos das Fundações Diretas, é necessário almejar recalques iguais para os elementos que compõem a infraestrutura, e não tensões iguais. Para isso, o autor propõe um método que parte de uma equação única que leva em conta o deslocamento vertical (recalque) que a fundação irá apre- sentar em função das tensões que às quais ela está sujeita. Considerando os cálculos deste método, pede-se que analise a seguinte situação: Deseja-se executar uma Sapata circular (diâmetro=1,25m) apoiada na cota -1,00m do solo não-laterítico cujo relatório de sondagem é apresentado abaixo: 111 Descrição da Imagem: a figura apresenta uma tabela em linhas pretas sobre fundo branco. Essa tabela contém seções verticais que separam Resistência à Penetração (SPT), torque, perfil geológico e descrição do material e, também, contém linhas horizontais delimitando camadas do subsolo, com suas respectivas medidas e descrição do perfil do solo. Figura 2 - Relatório de sondagem de reconhecimento com ensaio SPT-T / Fonte: adaptada de Coppeti (2016). Sabe-se que esta sapata será confeccionada em concreto armado e que a carga que este ele- mento de fundação deve distribuir ao solo pela pressão de sua base é igual a 55kN. Não foram realizadas Provas de Carga no terreno da obra, de forma que o Fator de Segurança utilizado deve ser igual ou maior que 3. Utilizando o Método Semiempírico de Décourt, assinale a alternativa que apresenta a análise correta para a situação apresentada: a) Recalque = 0,10 mm. b) Recalque > 0,10 mm. c) Recalque < 0,10 mm. d) Recalque < 10 mm. e) Recalque > 10 mm. 3. Deseja-se executar um bloco de fundação quadrado (b = 0,80 m; h = 40 cm) apoiado na cota -1,00 m do perfil geotécnico, a seguir: Sabendo que esse bloco será confeccionado com concreto estrutural fck = 20 MPa e que a carga do pilar (25 x 25 cm) para o qual ele serve de fundação é igual a 55 kN, com Fator de Segurança igual a 3, responda: qual a Tensão Admissível, em kN/m², do solo, na cota de apoio, pela Formu- lação de Terzaghi? Ela é maior ou menor do que a Tensão Aplicada pelo bloco no solo? 112 Descrição da Imagem: perfil geotécnico do solo em que será construído um bloco de fundação. Dois perfis diferentes do solo estão indicados. Na base, solo do tipo argila e, na superfície, areia silitosa. Figura 3 - Perfil geológico / Fonte: a autora. 4 Nesta quarta unidade do livro, você continuará explorando os tipos de fundações diretas rasas que executamos em nossas edificações, sendo elas: blocos, sapatas e radier. Aprenderemos as principais teorias e métodos de cálculo para o dimensionamento geométrico dos elementos de fundação desta categoria Fundações Diretas Rasas II Esp. Aline Cristina Souza dos Santos 114 UNICESUMAR Imagine a seguinte situação: você lidera uma equipe de engenheiros e estagiários responsáveis pelo projeto de um conjunto de prédios de dois a três pavimentos. A sua equipe iniciou o trabalho fazendo os estudos das condições do solo e constatou que ele possui alta resistência nas camadas superficiais, que aumenta até o apoio sobre rocha natural e, também, que o lençol freático é profundo — condições favoráveis para o uso de fundação direta rasa como solução à fundação destas obras — porém a equipe vai até você para saber qual delas deve ser utilizada no projeto: bloco, sapata ou radier? Qual seria a melhor fundação direta rasa? Neste ponto da disciplina, você já deve ter aprendido que não existe “melhor fundação” quando comparamos os tipos disponíveis, cada obra tem a “fundação adequada” à sua situação e que representa mais economia no processo de construção. Na maioria das vezes, quando as condições do solo favorecem o uso do sistema de apoio de uma fundação direta rasa, optamos por este tipo, pois existem inúmeras vantagens executivas em empregá-lo. A saber: • Baixo custo quando comparadas com os outros tipos de fundações. • Uso de materiais que já fazem parte dos recursos, comumente, disponíveis nas obras. • Emprego de mão de obra mais simples, sem necessidade de técnicos ou pro- fissionais especializados para os serviços. • Processos de execução que não provocam vibrações no solo, as quais podem afetar construções ou estruturas vizinhas. As fundações diretas rasas possuem tipos que têm formatos, material constitutivo e forma de ligação com a estrutura da edificação que são diferentes, geralmente, orga- nizadas em três grupos: blocos de fundação, sapatas e radier. A análise de qual delas será a mais adequada para a situação de sua obra depende, principalmente, de como estão dispostos os pontos de transferência de carga para a fundação (quantidade e localização dos pilares em planta) e da intensidade das cargas em cada um deles. Para entender as possibilidades de aplicação dos diferentes tipos de fundações diretas rasas, é importante conhecer modelos e exemplos de aplicação das mesmas em edificações já finalizadas e que são utilizadas, atualmente. Além de expandir os conhecimentos profissionais sobre variações de condições de obra e o emprego de soluções adequadas, também é necessário desmistificar noções equivocadas ou falácias da área da construção sem embasamento teórico algum. No Brasil, temos exemplos de diversos tipos de obras de médio e grande porte que utilizam fundações diretas rasas como solução de apoio sobre o solo, desafiando as concepções de que este tipo serve, apenas, para obras de pequeno porte. É o caso do 115 UNIDADE 4 Descrição da Imagem: a figura apresenta um desenho colorido do Museu de Arte de São Paulo sobre fundo branco, desenho esse dividido em três partes, por faixa diagonal. Na parte da esquerda, aparece a vista lateral longitudinal da edificação, com o seu vão livre acima do nível do terreno e, abaixo, há o prolongamento, por linhas pontilhadas, de sua estrutura de pilares e a fundação em sapata. Na parte do centro, o corte longitudinal da edificação expõe as estruturas de sustentação e funda- ção dos pavimentos, acima do vão livre e abaixo do nível do solo. Na parte da direita, outro corte longitudinal da edificação expõe o detalhamento das estruturas presentes e das fundações nos pavimentos nomeados “pinacoteca”, “administração”, “Paulista”, “auditórios” e “hall cívico”. Os elementos de fundações em sapatas encontram-se circulados com cor amarela e ligados por uma linha da mesma cor à legenda “sapatas de fundação”, na porção inferior da figura. Figura 1 - Detalhes e cortes das estruturas e fundações em sapatas do MASP / Fonte: adaptada de Cárdenas (2015). Outra obra brasileira com esse tipo de fundação é o Edifício Evidence, em Fortaleza, construído em agosto de 1999, contando com 14 pavimentos apoiados sobre uma fundação em radier. A laje da fundação foi executada para ter espessura de 50 cm, com capitéis de 80 cm de espessura sob os pilares de maior carregamento, combinando armação de barras de aço com cordoalhas de aço (concreto armado + concreto protendido). A foto, a seguir, mostra a etapa de montagem da armadura desse radier. 8.40 Pinacoteca 8.40 Administração -4.50 Paulista -4.50 Auditórios -9.50 Hall Cívico SAPATAS DE FUNDAÇÃO Museu de Artede São Paulo (MASP), visto em nossa primeira unidade, cuja estrutura em dois pisos, suspensa sobre o grande vão, tem seus quatro pilares vermelhos apoiados, sobre a fundação, em sapatas que transferem as cargas ao solo. A figura, a seguir, mostra o esquema de apoio da fundação do MASP: 116 UNICESUMAR Descrição da Imagem: a imagem mostra uma foto colorida, de vista superior, mostrando o chão de um canteiro de obra onde encontram-se posicionados barras de aço e cabos azuis, formando uma trama complexa. Um trabalhador usando capacete encontra-se de pé, no meio da trama, em primeiro plano, trabalhando no posicionamento das barras e dos cabos. Barras de aço verticais emergem do centro da trama e delimitam a posição futura do pilar, a área ao redor encontra-se escavada, em formato retangular, sob as barras e os cabos. Ao fundo, um trabalhador que está agachado no meio da trama de barras e cabos, trabalha no posicionamento deles sobre o terreno. Figura 2 - Montagem das cordoalhas na laje, em que é possível ver os capitéis sob os pilares do Edifício Evidence, em Fortaleza-CE Fonte: Cauduro (2000). É importante adquirir conhecimento amplo do emprego de soluções de fundações em diversos casos, tanto aqueles com êxito em conclusão das obras e estabilidade das estruturas quanto aqueles onde houve problemas ou acidentes. Até mesmo situações de desastres ou falhas em edificações servem ao propósito de entender como pode ser melhor empregado determinado tipo de técnica construtiva, material, ou, mesmo, elemento de estrutura, como as fundações diretas rasas. É por isso que exploraremos, um pouco, alguns casos famosos de problemas relacionados ao emprego dessas fundações. Para esta experimentação, você precisará ler parte do texto presente na dissertação de mestrado em Geotecnia de Marianna Silva Dias, apre- sentada à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, chamada “Análise do Comportamento de Edifícios Apoiados em Fundação Direta no Bairro da Ponta da Praia na Cidade de Santos” . https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/9878 117 UNIDADE 4 Leia a seção 2.3.3, intitulada “Perfil geotécnico da cidade de Santos”, que explora as características pesquisadas, ao longo de anos, sobre a situação do solo da cidade em questão. Realize o esboço do perfil característico desse solo, contendo as suas camadas, espessuras, nomenclaturas e parâmetros de resistência descritas no texto. Leia o capítulo 2.4 “Os recalques e as fundações dos edifícios”, que trata da adoção das fundações rasas para os edifícios na cidade de Santos e como isso se relaciona com o caso dos recalques que pro- vocaram a inclinação desses edifícios, ao longo dos anos. Liste as prováveis causas de recalques para os edifícios inclinados próximos da praia e, também, os problemas que moradores e frequentadores dos prédios inclinados enfrentam ou enfrentaram em seu dia a dia, até que houvessem ações para reaprumo dessas construções. Use o espaço do Diário de Bordo, a seguir, para fazer o esboço representativo do perfil do solo da cidade de Santos, com as suas camadas e informações de resistência. Também faça a anotação das listas das prováveis causas de recalques dos edifícios bem como dos problemas identificados pelos moradores e frequentadores desses prédios. 118 UNICESUMAR Como vimos na unidade anterior, as fundações diretas rasas são aquelas que distribuem a carga vinda da edificação, por meio da pressão da base do seu elemento, às camadas superficiais do solo. “Em situa- ções em que o solo da camada superficial apresenta resistência suficiente e características adequadas para suportar cargas, emprega-se esse tipo de fundação” (ALBUQUERQUE; GARCIA, 2020, p. 62). A NBR 6122: Projeto e Execução de Fundações (ABNT, 2019) define alguns tipos de elementos característicos das fundações diretas rasas, são eles: • Bloco: elemento em concreto simples, de forma cúbica ou piramidal, dimensionado para que as tensões de tração provocadas nele, pelos esforços da estrutura, sejam resistidas pelo próprio concreto, dispensando o uso de armadura. • Sapata: elemento de forma piramidal, em concreto armado, dimensionado para que as ten- sões de tração provocadas nele, pelos esforços da estrutura, sejam resistidas pela armadura em aço, disposta em seu interior (ABNT, 2019). A forma de sua base pode ser circular, quadrada, retangular ou corrida (quando um dos lados é cinco vezes maior do que o outro). Além disso, se divide em outras categorias, de acordo com a quantidade de pilares que transmitem cargas a cada elemento (ALBUQUERQUE; GARCIA, 2020): • Sapata isolada: recebe a carga pontual de, apenas, um pilar. • Sapata associada: recebe a carga pontual de mais de um pilar. • Sapata corrida: recebe a carga distribuída de mais de um pilar ou de uma parede num mesmo alinhamento; assemelha-se a uma viga que distribui a carga por contato direto com o solo. • Radier: elemento na forma de uma placa em concreto armado que recebe mais de 70% dos esforços dos pilares e os distribui no terreno, sobre uma grande área do solo na qual se encontra em contato (VELLOSO; LOPES, 2011). De acordo com o seu arranjo estrutural interno, pode se dividir em duas categorias: • Radier flexível: composto por uma laje simples de concreto armado (sistema flexível). • Radier rígido: composto por uma associação de vigas e laje de concreto armado (sistema rígido). Os elementos que compõem os tipos diferentes de fundações diretas rasas, geralmente, são fabricados no próprio local da obra, utilizando materiais como pedra; tijolo maciço; concreto ciclópico; concreto simples ou armado. No caso daqueles feitos de concreto, o método de execução segue uma sequência semelhante para todos os tipos: 1. Abertura de vala: escavação (mecânica ou manual) da camada superficial do solo até a cota de apoio da fundação, geralmente, no formato e nas dimensões da área da base do elemento da fundação (bloco, sapata ou radier). 2. Apiloamento do fundo da vala: após a escavação, emprega-se técnica de compactação (manual ou mecânica) do solo, na cota de apoio, para uniformizar e regularizar a superfície antes da confecção do elemento de fundação. 119 UNIDADE 4 3. Lastro em fundo de vala: a NBR 6122 (ABNT, 2019) estabelece que se deve preparar um lastro de concreto magro sobre a superfície do solo, na cota de apoio da fundação, geralmente, em espessura igual ou superior a 5 cm, o que evitará possíveis contatos entre o solo e a armadura da fundação (caso houver). Existem casos em que esse lastro é feito, apenas, com camada de pedra britada compactada. 4. Montagem de fôrmas/posicionamento de armadura: nesta etapa, caso os solos não apre- sentem coesão suficiente para se manterem sem desprender partículas, facilmente, e se mis- turarem ao material (concreto), faz-se o posicionamento de fôrmas, as quais darão o formato e o alinhamento previsto em projeto, para cada elemento de fundação. Também é o momento de posicionamento das armaduras tanto dos próprios elementos (caso de sapatas e radiers) quanto das esperas dos pilares que se ligarão às fundações. 5. Concretagem: quando pode ser produzido concreto no próprio local da obra ou usinado em concreteiras e lançado na obra, por meio do sistema de bombeamento. Recomenda-se a aplicação dos procedimentos de controle de preparo, recebimento e aceitação estabelecidos pela NBR 12655: Concreto de Cimento Portland – Preparo, Controle, Recebimento e Aceitação – Procedimento (ABNT, 2015). Fundação do tipo radier Como as fundações diretas rasas se apoiam nas camadas superfi- ciais do solo, existe uma concepção, na área da construção, de que esse tipo de fundação só pode ser executado em solos com alta re- sistência superficial. A fundação do tipo radier é um exemplo que de- safia essa concepção. Em nosso podcast, conversaremos a respeito disso, falaremos sobre alguns outros exemplos e desmistificaremos as concepções erradas sobre a resistência dos solos em fundações diretas rasas. Acesseo link e põe para tocar! Filosofia de projeto no dimensionamento de fundação Para dimensionar uma fundação, é preciso, primeiramente, determinar qual tipo de filosofia de projeto será seguida, sendo possível duas abordagens distintas: Valores de Cálculo e Solicitação Admissível. A filosofia dos Valores de Cálculo — Método de Valores de Cálculo, segundo a NBR 6122 (ABNT, 2019) — possui o princípio de que uma solicitação de cálculo em projeto deve ser inferior à tensão ou à força resistente de cálculo em projeto. Isso é obtido pela minoração/redução da resistência caracte- rística, simultaneamente, à majoração/aumento da solicitação característica, por meio de fatores de ponderação, também chamados de fatores de segurança parciais (CINTRA; AOKI; ALBIERO, 2011). Na simbologia específica às fundações diretas rasas, temos: https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/8311 120 UNICESUMAR σ σ γ σ σ γ σ Sd Sk f Rd Rk m Sd � �� � � � � � � � � e = Em que : tensão de solicitação de projeto da fundação; tensão de solicσSk = iitação característica da fundação; fator de ponderaçãγ f = oo para majorar a solicitação ou fator de segurança parcial para solicitação; tensão de resistência de projeto σRd = dda fundação ou capacidade de carga de projeto da fundação; σσRk = tensão de resistência característica da fundação ou ccapacidade de carga característica da fundação; fatorγm = de ponderação para minorar a resistência ou fator de segurrança parcial para resistência . Portanto, na fase de projeto, o critério de segurança estabelece que se deve dimensionar uma fundação cujos elementos apliquem uma tensão sobre o solo a qual, por sua vez, não ultrapasse a resistência. s sSd Rd≤ a determinação da Tensão de Resistência de Projeto (s Rd ) deve contemplar, ao mesmo tempo, os Estados-Limites Últimos (ELU) e os Estados Limites de Serviço (ELS) para cada um dos elementos de fundação e, também, para o conjunto. A Tensão Admissível (σadm) consiste na máxima tensão aplicada ao terreno, pela fundação direta rasa, que atende aos fatores de segurança predeterminados aos Estados-Limites Últimos (ELU) e aos Estados Limites de Serviço (ELS) (ABNT, 2019). A filosofia da Solicitação Admissível — Método de Valores Admissíveis, segundo a NBR 6122 (ABNT, 2019) — tem o princípio de que a solicitação no elemento de fundação não deve ser superior a uma Solicitação Admissível, a qual é calculada pela minoração/redução da resistência média por um fator de segurança global, também chamado, somente, de Fator de Segurança (CINTRA; AOKI; ALBIERO, 2011). Quando o projeto é de fundações diretas, essa solicitação recebe o nome de Tensão Admissível; no caso das fundações por estacas, a solicitação recebe o nome de Carga Admissível. Na simbologia específica para as fundações diretas rasas, temos: s s s s adm Rk g adm Rk FS = Em que : tensão admissível da fundação; = = tensão de ruptura característica da fundação ou capacidaade de carga última da fundação; fator de segurança FSg = gglobal; 121 UNIDADE 4 Portanto, na fase de projeto, o critério de segurança estabelece que seja obrigatório dimensionar uma fundação cujos elementos aplicam uma tensão sobre o solo que, por sua vez, não ultrapasse a admis- sível (ABNT, 2019). s sSk adm≤ A Tensão Admissível pode ser determinada de três formas: i) Cálculo da Capacidade de Carga com Fator de Segurança: a Tensão Admissível é determinada utilizando métodos de cálculo que se baseiam em teorias de capacidade de carga que foram desen- volvidas com base em casos específicos de aplicação, levando em conta as particularidades do projeto e a natureza do carregamento da fundação (ABNT, 2019). Geralmente, utilizam uma relação simples de divisão da Capacidade de Carga (σr) pelo Fator de Segurança (FS) adequado ao caso, como na equação que vimos, anteriormente. O Fator de Segurança nas fundações rasas são coeficientes numéricos que inserem uma margem de segurança no valor da solicitação/aplicação de ações pela fundação, considerando a probabilidade de ruptura do solo, a qual pode ser associada por valores numéricos, de acordo com as seguintes situações: MÉTODOS PARA DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA ÚLTIMA COEFICIENTE DE PONDERAÇÃO DA RESISTÊNCIA ÚLTIMA gm C FATOR DE SEGURANÇA GLOBAL FSg Semiemíricosa Valores propostos no próprio processo e, no mínimo, 2,15 Valores propostos no próprio processo e, no mínimo, 3,00 Analíticosb 2,15 3,00 Semiempíricosa ou analíticosb acres- cidos de duas ou mais provas de carga, necessariamente, executadas na fase de projeto, conforme 7.3.1 1,40 2,00 a. Atendendo ao domínio de validade para o terreno local. b. Sem aplicação de coeficientes de ponderação aos parâmetros de resistência do terreno. c. Em todas as situações de g gm f, ,=1 4 (majoração) para o esforço atuante, se possível, apenas, o seu valor característico; se já fornecido o valor de cálculo, nenhum coeficiente de ponderação deve ser aplicado a ele. Quadro 1 - Fatores de Segurança e coeficientes de ponderação para solicitações de compressão em fundações rasas Fonte: adaptado de ABNT (2019). 122 UNICESUMAR Dimensionamento de bloco de fundação Como visto, anteriormente, nos tipos de fundações diretas rasas, os blocos são elementos executados em concreto simples (sem armadura interna). São dimensionados para que todas as tensões de tração produzidas neles, pelos esforços vindos da estrutura e as reações do maciço de solo, ao seu redor, sejam absorvidas pelo próprio concreto. Eles podem ter uma forma cúbica ou escalonada (em degraus), como na figura, a seguir: O assunto de Fator de Segurança nos cálculos de fundações lhe interessou? Na revista Fundações & Obras Geotécnicas, edição 79, na seção “Em Foco”, você pode conferir o artigo “Desempenho e Segurança em Obras Geo- técnicas”, assinado pelos especialistas Sussumu Niyama, Arsênio Negro e Paulo Ivo, que apresentam as principais considerações sobre este conceito da Engenharia de Fundações o qual divide a opinião de profissionais e estudiosos da área. Descrição da Imagem: a figura apresenta uma fotografia colorida de um solo escavado em aberturas quadradas com elementos de funda- ção de concreto com formato cúbico, em seu interior. Ao fundo, há dois elementos de concreto, endurecidos. No canto inferior direito, um deles tem placas de fôrma preenchidas por concreto fresco, e, nos pontos centrais dos elementos, há barras de aço posicionadas na vertical. Figura 3 - Bloco de fundação em concreto Fonte: Shutterstock 123 UNIDADE 4 Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração em linhas pretas sobre fundo branco. Ela está dividida em quatro partes, representando as formas de dois tipos de blocos de fundação. Na porção superior, duas representações de vista em planta, na porção inferior, duas representações de vista em corte. À esquerda, nomeada como “a”, está a geometria de um bloco que tem degraus entre a sua base até o início do pilar. À direita, nomeada como “b”, vê-se a geometria de um bloco quadrado em planta e corte. São apresentadas cotas indicativas da medida do lado, do ângulo de inclinação e do cálculo de altura para os blocos. Figura 4 - Dimensionamento de bloco de fundação do seguintes tipos: (a) escalonado; (b) cúbico / Fonte: Alonso (2019, p. 34). a0 a0 aa h=a-a0 tgα 2 5 cm (concreto magro) (b)(a) a a Pilar Como mostrado na figura, o cálculo da Altura do Bloco (h) é realizado por uma equação que relaciona a diferença entre o Maior Lado do Pilar (a0) e o Maior Lado da Base do Bloco (a), além da tangente do Ângulo de Inclinação do Bloco (α). A definição do lado do pilar é um dado que já vem da estru- tura da edificação acima da fundação; já o maior lado da área da base pode ser calculado, como visto no item anterior, sobre base de fundações diretas rasas. O único elemento que precisa ser definido é o Ângulo de Inclinação do Bloco, um valor determinado por meio de uma relação gráfica entre a Tensão Aplicada (sAp )pelo bloco no solo e a Tensão de Resistência à Tração do Concreto (st ). 124 UNICESUMAR Descrição da Imagem: a figura apresenta a ilustração de um gráfico quadriculado em linhas pretas sobre fundo branco. No eixo horizontal do gráfico, indicado pela equação da Tensão Aplicada sobre a Tensão Total, são apresentados valores variando de 0 a 2,5. No eixo vertical, indicado pela letra “alfa” mín.; são apresentados valores variando de 30 graus a 70 graus. Há uma curva crescente, arqueada para a direita, cortando a área do gráfico, também há uma equação relacionando o ângulo às tensões do eixo horizontal. Figura 5 - Gráfico para determinação do Ângulo de Inclinação do Bloco / Fonte: Alonso (2019, p. 34). (min.) 70° 60° 50° 40° 30° 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Considerando que a Tensão Aplicada pelo bloco no solo não deve ser maior do que a resistência do maciço, adota-se, nos cálculos de projeto, que a Tensão Aplicada (sAp ) pelo bloco é igual à Tensão Admissível do Solo (sadm ). Para a determinação da Tensão de Resistência à Tração do Concreto (st ) utiliza-se o menor valor fornecido pelas equações, a seguir: st ck ck f f � � � � � � � � � � �� � � � � 25 1 MPa : = Em que resistência à comppressão do concreto em MPa . 125 UNIDADE 4 Dimensionamento de um bloco de fundação A utilização do gráfico para determinar o Ângulo de Inclinação do Bloco pode ser melhor entendida por uma aplicação prática que de- monstre os cálculos associados. Pensando nisso, elaborei uma Pílula de Aprendizagem que mostra o cálculo de dimensionamento de um bloco de fundação, a partir de uma Tensão Admissível já definida. Acesse o vídeo explicativo para ver esta demonstração! Descrição da Imagem: a figura apresenta uma fotografia colorida de solo escavado em aberturas quadradas, contendo ele- mentos de fundação de concreto em seu interior e formato achatado, como placa e prolongamento vertical de pilar acoplado. Na esquerda e no canto superior direito, a escavação permite apresentar, apenas, o eixo do pilar. No centro, vê-se a visão su- perior do elemento completo de fundação, inserido no fundo do buraco, em concreto endurecido. Barras de aço posicionadas na vertical se prolongam acima dos eixos dos pilares. Figura 6 - Fundação em sapata isolada / Fonte: Shutterstock Dimensionamento de sapatas https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/9888 126 UNICESUMAR Diferentemente dos blocos, as sapatas são tipos de fundações diretas rasas executadas em concreto armado, em formato piramidal, e que possuem altura bem reduzida em relação às dimensões de sua base, ou seja, é um elemento projetado para trabalhar a flexão (TEIXEIRA; GODOY, 2019). A sua base pode ter, praticamente, qualquer forma em planta, sendo mais, frequentemente, dimensionadas as sapatas quadradas (a = b), as sapatas retangulares (a ≤ 5b) e as sapatas corridas (a >> b). Para a execução facilitada das sapatas nas obras, recomenda-se que todas as dimensões definidas em projeto sejam múltiplas de 5 cm, sempre arredondando o valor para cima (ALBUQUERQUE; GARCIA, 2020). a0 a b0 b d d (b)Planta (a) Perspectiva (c) Corte 5 cm (magro) h2h1 Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração em linhas pretas e vermelhas sobre fundo branco e dividida em três partes, representando a forma de uma sapata piramidal. À esquerda, nomeada como “perspectiva”, temos a vista isométrica da sapata de base retangular ligada, em seu topo, a um pilar. No lado superior direito, temos nomeada como “planta”, a vista, em planta, da sapata de base retangular e o pilar, ao centro. No lado direito inferior, temos nomeada como “corte”, a vista, em corte, da sapata de formato piramidal, contendo as linhas vermelhas de posicionamento da armadura, em seu interior. Há também as cotas indicativas da medida dos lados da sapata, do pilar, das distâncias entre as faces e das alturas variadas da pirâmide. Figura 7 - Dimensões de uma sapata isolada de base retangular e altura variável, vistas em: (a) perspectiva; (b) em planta; (c) em corte Fonte: adaptada de Alonso (2019). Como pode ser visto na Figura 7, a sapata tem alturas variáveis, desde a sua base até o encontro com o pilar, conferindo-lhe esse formato piramidal. Existem sapatas com, apenas, uma altura (h = constante) e outras com mais de uma altura (h = variável), como pode ser visto na figura, a seguir: 127 UNIDADE 4 A altura da sapata é de extrema importância, pois ela determina sua classificação relativa à rigidez. Essa classificação direciona a forma como as tensões, na base da sapata, se distribuirão pelo solo bem como o procedimento de dimensionamento estrutural, em concreto armado, que deve ser utilizado. A norma técnica de estruturas de concreto armado, NBR 6118: Projeto de Estruturas de Concreto – Procedimento (ABNT, 2014), faz a classificação das sapatas em rígidas ou flexíveis, de acordo com o seguinte critério : Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração em linhas pretas sobre fundo branco, dividida em quatro partes, representando as formas de dois tipos de sapatas de fundação, com um pilar cinza, no centro. Na porção superior, são apre- sentados dois desenhos com a vista em planta, e, na porção inferior, com a vista em corte. À esquerda, é nomeada a geometria de uma sapata de formato retangular na base e no corte, com cota indicando “h igual constante” entre a base do elemento e o início do pilar. À direita, está indicada a geometria de uma sapata de formato piramidal na base e no corte, com cota indicando “h0” entre a base do elemento e o degrau e cota indicando “h” entre a base do elemento e o início do pilar. Figura 8 - Sapatas isoladas com altura constante (h) e altura variável (h e h0) / Fonte: a autora. Vista em planta Vista em planta Vista em corte Vista em corte h=CONSTANTE h0 h • Sapatas rígidas: são as mais utilizadas em projetos de fundações por serem menos deformáveis e sujeitas à ruptura por punção. Possuem altura atendendo ao seguinte critério, em ambas as direções (maior e menor lado): h a a b b � �� �� � � � � � � �� �� � � � � � � 0 0 3 3 direção do maior lado direção do menor lado � � � � � � � � � 128 UNICESUMAR • Sapatas flexíveis: “Embora de uso mais raro, essas sapatas são utilizadas para fun- dação de cargas pequenas e solos relativamente fracos” (ABNT, 2014, p.189). Todas as sapatas cujas alturas não seguem o critério estabelecido para sapatas rígidas são consideradas do tipo flexível. Para o cálculo da Altura da Sapata (h), iniciamos determinando a Altura Útil (d), segundo três situações: balanço para o maior lado, balanço para o menor lado e resistência característica do concreto (ALONSO, 2019). Após proceder o cálculo das três situações, toma-se, como Altura Útil (d), o maior valor calculado (sempre múltiplo de 5 cm arredondado para cima). d a a b b � �� �� � � � � � � �� �� � � � � � � 0 0 4 4 Balanço do maior lado Balanço do menor lado , , , Resistênci1 44 1 96 0 85 � �� � �� � � � � � � � � � � P f k ck aa característica Em que : maior lado da s � � � � � � � � � � � � � � � a = aapata; maior lado do pilar; menor lado da sapata; a b b 0 = = 00 = = menor lado do pilar; carga total da sapata em kN Pk oonde : resistência à compressão do con ; = P P pp f k ck � �� � ccreto em kN/ m². Em seguida, calcula-se a Altura da Sapata (h), somando ao valor da Altura Útil (d) o valor do cobrimento da armadura inferior da sapata (próxima da base), que, geralmente, tem dimensão de 5 cm. h d� � 5cm Quando a sapata projetada tem altura variável, é preciso, também, calcular a altura da face vertical da extremidade da sapata (h0). Neste caso, adota-se o maior valor, considerando 1/3 de h ou 15 cm. 129 UNIDADE 4 h h cm 0 3 15 � � � � � � � � � � �� � � � � Cálculo de dimensionamento de sapata isolada O dimensionamento geométrico de uma sapata, com suas alturas variáveis, pode ser melhor entendido por meiode uma aplicação prática que demonstre os cálculos associados. Pensando nisso, ela- borei uma Pílula de Aprendizagem que mostra o cálculo de dimensio- namento de uma sapata isolada, a partir de uma Tensão Admissível já definida. Acesse o vídeo explicativo para ver esta demonstração! O dimensionamento efetivo das outras dimensões da sapata obedece a alguns requisitos, definidos por Albuquerque e Garcia (2020) como: a) Distribuição uniforme de tensões: o centro de gravidade da área da base da sapata deve coincidir com o centro da Carga do Pilar (P). Isso faz com que o esforço proveniente do pilar tenha distribuição uniforme pela Tensão Aplicada (sAp ) da sapata no solo. A figura, a seguir, ilustra essa distribuição quando os centros são coincidentes. a a0 d d b0b Vista em planta Vista em corte P Mesa 2,5 cm Descrição da Imagem: a figura apresenta uma lustração em linhas pretas sobre fundo branco, dividida em duas partes. À esquerda, tem-se a vista, em planta, de uma sapata piramidal de base retangular e com pilar retangular em seu centro bem como cotas indicativas dos lados da sapata, do pilar e da distância entre as faces de ambos. À direita, tem-se a vista, em corte, da sapata piramidal, com uma flecha grande no centro do pilar, mostrando a letra indicativa “P”. Também há flechas curtas apontadas para baixo, alinhadas sob a base do elemento, com indicação de pressão aplicada. Figura 9 - Distribuição de tensões sob sapata, vista em planta e em corte / Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/9889 130 UNICESUMAR b) Dimensionamento econômico dos lados: as dimensões dos lados da sapata ( a b× ) e do pilar ( a b0 0× ) devem estar relacionadas de forma que a dimensão das abas (d) sejam iguais. Isso resulta em momentos iguais nos quatro balanços, possibilitando que a parte inferior da sapata seja igual nos dois sentidos. Para isso, é necessário que a seguinte relação seja seguida: a b a b� � �0 0 Em que : maior lado da base da sapata; menor a = b = lado da base da sapata; maior lado da seção do pilara0 = ;; menor lado da seção do pilarb0 = . Recomenda-se, sempre que possível, que a razão entre os lados da sapata seja menor, ou, no máximo, igual a 2,5, como apresentado na relação, a seguir: a b � � � � � � � 2 5, Em que: a = maior lado da base da sapata; b = mennor lado da base da sapata. c) Largura mínima: a norma técnica de fundações NBR 6122 (ABNT, 2019), estabelece que, para um projeto utilizando sapatas isoladas e corridas, a largura mínima em planta (menor lado da base) seja de 60 cm. Ou seja, mesmo que, em cálculo, seja possível adotar dimensão menor para um dos lados da sapata, deve-se fixar esse valor ao menor lado da base (b) dela. d) Momento fletor: quando a sapata recebe cargas excêntricas aplicadas à sua base ou acidentais (ex.: vento, cargas transitórias etc.), ela estará submetida a esforços de flexo-compressão. Nestes casos, é necessário determinar as tensões atuantes na base da sapata e realizar a verificação normativa aplicável, sempre garantindo que a região comprimida seja de, no mínimo, 2/3 da área total da base (ABNT, 2019). A figura, a seguir, ilustra o caso de uma sapata submetida a esforço de flexo-compressão proveniente da estrutura. 131 UNIDADE 4 O dimensionamento de uma sapata submetida à carga excêntrica ou ao momento fletor deve ser projetada de forma que a Tensão Máxima na Borda (smáx ) gerada na base seja menor ou igual à Tensão Admissível (sadm ). A norma técnica de fundações NBR 6122 (ABNT, 2019) estabelece os limites de cálculo a estas situações. e) Sapatas apoiadas em cotas diferentes: geralmente, busca-se apoiar todas as sapatas na mes- ma profundidade, em todo terreno, para uma mesma fundação, porém existem casos em que sapatas vizinhas estão apoiadas em cotas diferentes. Nestes casos, a recomendação é que elas sejam posicionadas segundo um ângulo específico que não provoque superposição dos bulbos de pressão das mesmas (ABNT, 2019). Os valores a serem adotados para o ângulo específico (α) são: i) solos pouco resistentes (α ≥ 60º); ii) solos resistentes (α = 45º); rochas (α = 30º). Durante a execução, a sapata posicionada na cota inferior deve ser construída primeiro. f) Superposição de sapatas: no dimensionamento de projetos de fundações, é possível que ocorram casos de duas ou mais sapatas ocupando a mesma posição no terreno. Vista em corte Vista em plantaF My My a a b Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração em tons de cinza e preto sobre fundo branco, dividida em duas partes. À esquerda, tem-se a vista, em corte, da sapata piramidal com flecha vertical para baixo, no centro do pilar, mostrando a letra indicativa “F” e uma flecha em arco, para a direita, com letra indicativa “My”. Também pode-se ver flechas curtas apontadas para cima, alinhadas, formando um trapézio com a indicação, no lado menor, à esquerda, de pressão mínima e indicação, no lado maior, à direita, de pressão máxima. Embaixo, cota indicativa, por meio da letra “a”, do lado maior sob a base do elemento, com indicação de pressão aplicada. À direita, tem-se a vista, em planta, de uma sapata piramidal, de base retangular, com pilar retangular em seu centro e cotas indicativas dos lados da sapata e do pilar. Figura 10 - Aplicação de esforços de flexo-compressão sobre sapata / Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). 132 UNICESUMAR Superposição Superposição P1 P1 P2 P2 Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração em linhas pretas e em tons de cinza sobre fundo branco, dividida em duas partes. À esquerda, temos a vista, em planta, de duas sapatas, de forma e pilar central retangulares com bases so- brepostas e a área de intersecção hachurada tem um texto onde se lê “superposição”. À direita, temos a vista, em corte, das sapatas piramidais com flecha para baixo, no centro do pilar, mostrando as letras indicativas “P1” e “P2” e, também, uma área de intersecção hachurada cujo texto diz “superposição”. Figura 11 - Ocorrência de superposição de duas sapatas, vistas em planta e em corte / Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). 133 UNIDADE 4 Nesses casos, podem ser propostas duas soluções: a alteração da geometria das sapatas, para evitar a coinci- dência e a associação numa única sapata associada; a necessidade de uma viga de rigidez para transferir as cargas de cada pilar por uma única resultante. A figura, a seguir, ilustra o caso de um problema de superposição de sapatas solucionado pela alteração da geometria das mesmas. Lembrando que, mesmo alterando a geometria das bases das sapatas, para so- lucionar o problema de superposição, é preciso garantir que as áreas das bases permaneçam com mesmo valor, pois as tensões aplicadas no terreno não podem se modificar em relação ao que já foi definido nos cálculos de dimensionamento. A figura, a seguir, ilustra o caso de um problema de superposição de sapatas que é solucionado pela associação delas, por meio da adição de uma viga de rigidez entre a sapata associada e os pilares. Lem- brando que as cargas dos dois pilares, as quais estão aplicadas, serão consideradas uma única Carga Resultante (R = P1 + P2) aplicada num centro de gravidade posicionado entre ambos. Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração em linhas pretas e em tons de cinza sobre fundo branco, dividida em duas partes. À esquerda, nomeada como “superposição”, está a vista, em planta, de duas sapatas de forma e pilar central retangulares com bases sobrepostas bem como a área de intersecção hachurada e uma cota medindo a distância horizontal “Sd” entre os pilares das sapatas. À direita, nomeada como “solução”, está a vista, em planta, das duas sapatas de forma e pilar central retangulares com bases realinhadas, evitando a intersecção. Também se vê a cota medindo a distância horizontal “Sd” entre os pilares das sapatas. Figura 12 - Problema de superposição de sapatas cuja solução éalterar a geometria das bases Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). Sapata 1 Sapata 2 Sapata 1 s Sapata 2 s Solução Superposição P1 P1 P2 P2 Sd Sd 134 UNICESUMAR Superposição P1 P1 P1 P2 P2 P2 P2 CG CG XCG XCG Sd Sd P1+P2 Vista Superior Viga Viga Vista lateral Vista frontal Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração em tons de cinza sobre fundo branco, dividida em quatro partes. Na parte superior esquerda, está a vista, em planta, de duas sapatas retangulares, com área de intersecção de suas bases hachurada, nomeada como “superposição”, e uma cota indicando a distância entre os eixos dos pilares “Sd”, inclusive, o meio dessa distância, representada pelas letras “XCG”. Na parte inferior esquerda, nomeada como “vista frontal”, está uma única sapata piramidal com uma flecha vertical para baixo, no centro do pilar, flecha essa indicada por “P2”. Na parte superior direita, nomeada como “vista superior”, está a vista, em planta, de uma grande sapata retangular contendo dois pilares alinhados em um eixo horizontal bem como uma cota que indica a distância entre os eixos dos pilares “Sd” e o meio dessa distância, representada pelas letras XCG. Na parte inferior direita, nomeada como “vista lateral”, há uma única sapata piramidal com uma flecha vertical para baixo, no centro de cada pilar, e, entre eles, uma terceira flecha indicando “P1 + P2”. Figura 13 - Problema de superposição de sapatas com solução pela associação de sapatas Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). Os centros de gravidade da sapata associada e da Carga Resultante dos pilares deverão ser coinciden- tes. Para saber a Posição, no Eixo X, para o Centro de Gravidade (XCG) da Carga Resultante (R), procedemos com o seguinte cálculo: X P R SCG d� � � � � � � � 2 Em que : coordenada, no eixo X, para aX = CG carga resultante; carga de maior intensidade dos pilP =2 aares associados; carga resultante dos pilares associadR = oos, onde : distância, no eixo X, entre os ; = R P P Sd � �1 2 centros de carga dos pilares associados . 135 UNIDADE 4 g) Sapatas na divisa: no dimensionamento de projetos de fundações, é possível que ocorram casos de pilares situados juntos da divisa do terreno, de forma que uma sapata isolada ultra- passaria o limite e adentrasse a área vizinha. Nestes casos, são utilizadas as chamadas sapatas de divisa, cujo centro de carga do pilar não coincide com o centro de gravidade da área da sapata, como ilustra a figura, a seguir: Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração em linhas pretas e tons de cinza sobre fundo branco em duas partes. Na parte esquerda, está a vista, em planta, de uma sapata piramidal com o pilar posicionado na borda esquerda, alinhado com um eixo vertical hachurado, nomeado como “divisa”, também há cotas indicando os lados da sapata, do pilar e a distância “e” entre o CGP, no centro do pilar, e o CGsapata, no centro do retângulo da sapata. Na parte direita, está a vista, em corte, de uma sapata piramidal, com o pilar posicionado na borda esquerda, alinhado com um eixo vertical hachurado, nomeado como “divisa”. Também há cotas que indicam o lado “b” da sapata, do pilar e a distância “e” entre o eixo central do pilar e o meio da base da sapata. Figura 14 - Sapata de divisa, em vista em planta e em elevação, com excentricidade de carga (e) Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). Divisa Divisa Folga Folga b0 a0 CGp CGsapata a e b b e b Por causa da diferença entre o centro de aplicação de carga do pilar (CGp) e do centro de gravidade da base da sapata (CGsapata), ocorre uma excentricidade (e) na aplicação de carga da fundação, o que resulta na distribuição de tensões, no terreno, de forma triangular ou trapezoidal. 136 UNICESUMAR Para compensar os momentos que a excentricidade de carga (e) produz na distribuição das tensões na base da sapata de divisa, é necessário projetar uma viga de equilíbrio, também chamada de Viga Divisa Divisa Divisa > 0 = 0 < 0 Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração em linhas pretas e em tons de cinza sobre fundo branco, dividida em três partes. Todas as imagens ilustram a situação de uma vista em corte de uma sapata piramidal com o pilar posicionado na borda esquerda, alinhado com um eixo vertical hachurado nomeado “divisa”. Abaixo da base, flechas pequenas estão localizadas para cima, alinhadas sob a sapata. À esquerda, as flechas formam um trapézio e têm indicações de tensão máxima e de tensão mínima maiores do que zero. No centro, as flechas formam um triângulo com indicação de tensão máxima e de tensão mínima iguais a zero. À direita, as flechas formam dois triângulos com indicação de tensão máxima e de tensão mínima menores do que zero. Descrição da Imagem: a figura apresenta um desenho em linhas pretas e em tons de cinza sobre fundo branco, dividida em duas partes. Todas as imagens apresenta- das estão ilustrando a situação de uma sapata piramidal com o pilar posicionado na borda esquerda e ligado, por meio de um prolongamento, a outra sapata piramidal com pilar centralizado. Na parte superior, a vista em planta mostra a Viga Alavanca cortada por uma linha tracejada, a qual é nomeada “linha de eixo”, ligando o centro dos pilares de ambas. Na parte inferior, a vista em elevação mostra a Viga Alavanca ligando toda a altura da sapata de divisa ao início do pilar da sapata com pilar centralizado. Figura 15 - Possíveis efeitos da excentricidade para as distribuições de tensões na base da sapata de divisa Fonte: Albuquerque e Garcia (2020, p. 66). Figura 16 - Geometria da sapata de divisa com Viga Alavanca Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). Vista em elevação P1 P1 P2 P2 R1 R2e L b0 CGP CGsapata Folga Divisão Vista em planta V.A. Linha de eixo b a Alavanca, a qual se liga a um pilar de carga cen- tral mais próximo. A figura, a seguir, ilustra esta configuração para uma sapata de divisa e uma sapata isolada de carga central ligadas pela Viga Alavanca (V.A.) 137 UNIDADE 4 Assim como no caso do momento fletor, que também produz variação na distribuição de tensões, nos casos de sapata de divisa, é necessário determinar as tensões atuantes na base da sapata e realizar a verificação normativa aplicável, sempre garantindo que a região comprimida seja de, no mínimo, 2/3 da área total da base. O dimensionamento dela deve ser calculado de forma que a Tensão Máxima na Borda (smáx ), que é gerada na base, seja menor ou igual à Tensão Admissível (sadm ). Descrição da Imagem: a figura apresenta uma fotografia colorida de um canteiro de obras. Este contém uma placa de concreto posicionada sobre uma grande área do solo, formando um padrão de piso geométrico plano. Ao fundo, à esquerda, há casas construídas atrás de uma cerca fechada de madeira. Ao fundo, à direita, vê-se a estrutura de madeira, no formato de uma casa, sendo construída. Figura 17 - Fundação em radier para construção de casa / Fonte: Shutterstock Os dimensionamentos de sapatas podem ter diversos caminhos de cálculo, dependendo das particularidades do projeto. Por isso, é importante co- nhecer vários exemplos de dimensionamentos para as diversas variações de forma, cargas, posicionamento e espaço de terreno disponível. O livro de Urbano Rodriguez Alonso, Exercícios de Fundações, está disponível na Biblioteca Virtual e repleto de exemplos de cálculo de dimensionamentos de sapatas e outras fundações. Acesse este conteúdo, de forma gratuita, como aluno(a) da Unicesumar e expanda os seus estudos sobre fundações! Dimensionamento de radier O nome radier indica uma es- trutura de fundação direta que recebe a carga de todos os pila- res da edificação (radier geral) ou a maior parte dos pilares (radier parcial) e distribui estes esforços de maneira uniforme ao solo (ABNT, 2019). Geral- mente, são utilizados quando: ocorrem muitas sobreposições de áreas de sapatas devido a car- gas elevadas dos pilarese baixa resistência dos solos e se deseja uniformizar os recalques pela associação de todos (ou quase todos) os pilares da edificação (VELLOSO; LOPES, 2011). 138 UNICESUMAR Como ele é executado em concreto armado ou protendido, devido ao grande volume de concreto necessário para sua abrangência, o radier é um tipo de fundação que pode ser bastante onerosa e de difícil execução em áreas urbanas com terrenos confinados (TEI- XEIRA; GODOY, 2019). Portanto, conseguimos entender que um radier é uma fundação em laje maciça ou nervurada ou constituída de lajes e vigas com a função de transmitir as cargas de toda edificação ao solo, por meio de um único elemento (CAMPOS, 2015). Quanto à geometria, os radiers podem ser divididos em: a) Radier liso: tem a forma de uma laje uniforme e simples e recebe as cargas dos pilares, diretamente, nos pontos de localização sobre a sua área. É preciso atenção no dimen- sionamento da armadura devido ao fenômeno de punção, este é provocado pela concentração de carga nos pontos de apoio dos pilares sobre o radier. b) Radier com pedestais ou cogumelos: também segue o for- mato de laje em contato com o solo, porém recebe estruturas adicionais que aumentam a área de contato entre o pilar e o radier. Quando essas estruturas (blocos ou trapézios) se localizam na parte superior do radier, as denominamos pedestais, quando estão localizadas na parte inferior (junto ao solo), são chamadas de cogumelos. c) Radier nervurado: é aquele que, na parte em contato com o solo, tem forma de laje, porém, na porção superior, possui vigas de distribuição na base dos pilares (nervuras). d) Radier em caixão: é aquele composto por duas lajes, uma superior, em contato com o piso da edificação, outra inferior, em contato com o solo, com nervuras ou paredes internas, formando uma caixa de vários compartimentos. e) Radier estaqueado: composto por uma laje apoiada sobre um conjunto de estacas que abrange toda a área da edifica- ção, funcionando como um grande bloco de transição entre a estrutura e as estacas. É utilizado em obras onde as cargas provenientes da estrutura provocam recalques inaceitáveis em diferentes pontos, então, um radier, simplesmente, apoia- do no solo não é capaz de suportar o carregamento. A figura, a seguir, ilustra as formas possíveis para o radier. 139 UNIDADE 4 Os radiers podem, ainda, ser classificados de acordo com a rigidez à flexão de seu elemento, como podemos ver, a seguir: • Radier rígido: quando o seu comportamento é o mesmo de um corpo rígido, ou seja, despre- zam-se os deslocamentos relativos por serem muito pequenos e considera-se um radier rígido. Neste tipo de elemento, a variação das cargas nos pilares ou faixas e no espaçamento entre colunas não ultrapassa 20%. Tal espaçamento atende à seguinte condição (ACI, 1997): a) b) c) d) e) Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração em linhas pretas e em tons de cinza sobre fundo branco, dividida em cinco partes. No canto superior esquerdo, indicados por (a), estão os pilares sobre o radier do tipo liso. No canto superior direito, indicados por (b), estão os pilares sobre radier com ligação em pedestal à esquerda, e cogumelo, à direita. No centro esquerdo, indicados por (c), estão os pilares sobre radier nervurado. No centro direito, indicado por (d), estão os pilares sobre radier caixão. No centro inferior, indicados por (e), estão os pilares sobre radier estaqueado. Figura 18 - Tipos de radier segundo a sua forma e o seu sistema estrutural: (a) lisos; (b) pedestais ou cogumelos; (c) nervurados; (d) caixão; (e) estaqueados / Fonte: adaptada de Velloso e Lopes (2011). 140 UNICESUMAR � � �� � � �� � � � � � � � � � 1 75 4 4, Em que : espaçamento entre K b E I l v c = colunas do Radier; coeficiente de reação vertical doKv = solo largura da faixa de influência da linha das colub = nnas; módulo de elasticidade longitudinal do concreto;Ec = II = momento de inércia à flexão da peça de concreto (rigiddez da faixa). • Radier elástico: quando, ao menos, uma das condições de rigidez anterior não é atendida, classificamos o radier como elástico ou flexível. Este tipo possui menos rigidez e os desloca- mentos relativos da peça não podem ser desprezados, pois são eles que determinam como será o desenvolvimento dos esforços solicitantes na placa. Para o dimensionamento do radier, deve-se realizar uma análise da interação solo-estrutura, obtendo os deslocamentos reais da fundação e os seus esforços internos. Segundo Dória (2007), esses esforços podem ser obtidos por meio da análise da interação (método direto) ou pelas pressões de contato (mé- todo indireto). O dimensionamento estrutural do radier é feito a partir do cálculo dos esforços internos. “ Segundo a VSL International LTD (1990), no primeiro passo, a estrutura é analisada assumindo fundação rígida. No segundo passo, as reações determinadas na base da estrutura são aplicadas na fundação e a resultante das forças e momentos são obtidos na base para o dimensionamento da fundação (DÓRIA, 2007, p. 22). Vários métodos podem ser adotados para esta análise, dependendo de como é determinada a distri- buição de pressão no solo. Geralmente, o trabalho de analisar a interação solo-estrutura de radier é realizada por um programa de cálculo estrutural cuja ferramenta computacional, por meio de molas nos pontos que correspondem à fundação, representa o solo (SCARLAT, 1993). Os métodos de cálculo estrutural para fundação em radier abrangem procedimentos que avaliam estabilidade, capacidade de suporte e distribuição de tensões e/ou esforços internos solicitantes. A norma técnica de fundações NBR 6122 (ABNT, 2019) indica que esses são parâmetros necessários para realizar a verificação nos Estados-Limites Últimos (ELU) e Estados-Limites de Serviço (ELS). Simpli- ficadamente, o dimensionamento de um radier consiste na busca de uma solução da equação diferencial de equilíbrio que representa uma placa sobre uma base elástica. 141 UNIDADE 4 As fundações diretas rasas são o tipo de solução para fundações mais utilizado para edificações de pequeno e médio porte, devido à simplicidade de sua execução e ao sistema de transmissão de cargas ao terreno. Elas devem, sempre, ser dimensionadas após a análise criteriosa das condições do terreno (maciço de solo) e particularidades da obra (estrutura); porém podem assumir diversas formas, posicionamentos, métodos de cálculo e, até mesmo, execução. Ao desenvolver o projeto de uma fundação direta rasa, o(a) profissional toma uma série de decisões próprias — desde o pedido de investigação geotécnica para co- nhecer o solo, passando pelos métodos de cálculo, até a filosofia de segurança que será adotada no projeto. Conhecer, a fundo, as principais características dos tipos diferentes de fundações diretas rasas dá ao(à) profissional a segurança de tomar a melhor decisão ao avaliar as soluções de projeto disponíveis. Mas é, extremamente, importante ter esse conhecimento para não cair em falácias ou mitos presentes no meio da construção civil que possam limitar as opções de projeto favoráveis à segurança e à economia. O dimensionamento de radier pode ter diversos caminhos de cálcu- lo, dependendo das particularidades do projeto e, exclusivamente, de uma análise computacional profunda para prever os esforços e deslocamentos da fundação. Um exemplo bem completo desse dimensionamento pode ser encontrado no trabalho de pesquisa de Luís Eduardo Santos Dória, intitulado “Projeto de Estrutura de Fundação em Concreto do Tipo Radier” apresentado, em 2007, no Programa de Pós-Gra- duação em Engenharia Civil da Universidade Federal de Alagoas. Acesse este documento, de forma gratuita, e expanda os seus estudos sobre dimensionamento de radier, por meio ferramentas computacionais. Para acessar, use seu leitor de QR Code. https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/9892 142 Passamos por uma quantidade bem ampla de tipos de fundações,parâmetros de projeto, mé- todos de dimensionamento e classificação dos elementos, agora, realizaremos uma atividade de “Arquivologia Mental”. A seguir, estão embaralhados vários termos e palavras que vimos nesta unidade. Você analisará cada um deles e anotará no espaço adequado do organograma de fundações diretas rasas. Caso perceba que estão faltando termos ou informações que fazem parte das seções presentes no organograma, pesquise-os no material de estudo e complete com a informação. Caixão Circular Cogumelos Constante Corrida Corridas Cúbico De divisa Tensão de Solicitação Ensaio de placa Escalonado Estaqueado Concreto ciclópico Pedras de mão (arga-massada ou não) Flexível Geral Isoladas Liso Retangular Rígida Variável Concreto armado Associadas Nervurado Pedestais Concreto protendido Constante Quadrada Rígido Concreto simples Tensão Admissível Alvenaria de tijolo 143 BLACO DE FUNDAÇÃO SAPATA RADIER TIPOS MATERIAIS BASE ALTURA TIPOS MATERIAIS BASE ALTURA TIPOS MATERIAIS BASE ALTURA 144 1. Fundações são elementos estruturais cuja função é transmitir as cargas da estrutura ao terreno onde ela se apoia. Assim, as fundações devem ter resistência adequada para suportar as tensões causadas pelos esforços solicitantes. Sabendo que os blocos de fundação e as sapatas isoladas são tipos de elementos de fundação que recebem os esforços de um único pilar, assinale a alternativa que apresenta a característica exclusiva do bloco de fundação. a) Essa fundação é empregada onde as camadas do subsolo, imediatamente, abaixo das estruturas, são capazes de suportar as cargas dessas. Neste tipo de fundação, a profundidade de assentamento em relação ao terreno adjacente é oito vezes inferior à menor dimensão do elemento. b) É empregado em locais de solo pouco resistentes ou que apresentam abundância de água, demandando uma fundação que se apoie em camadas mais profundas, ou, até mesmo, sobre a própria rocha. Por ser capaz de resistir a grandes cargas, constitui uma obra segura tanto para a estrutura que suportará quanto para os operários. c) É uma fundação rasa constituída de uma laje de concreto armado, onde as cargas de pilares e outros carregamentos são transmitidos ao solo por meio de uma superfície igual ou superior à da projeção da edificação em planta. Geralmente, é o tipo mais oneroso e complexo de fundação, principalmente, devido à necessidade de equipa- mentos sofisticados para a locação e execução. d) A área da base é dimensionada de forma que os esforços gerados pela carga vertical do pilar e pelo peso próprio do elemento não ultrapassem a Tensão Admissível do solo. Uma vez que este tipo de fundação inclui material resistente à tração (armadura), os seus elementos trabalham à compressão simples e à flexão. e) O dimensionamento estrutural é feito de tal maneira que as tensões de tração, que são máximas na base, sejam inferiores à resistência à tração do concreto, dispensando o uso de armadura. Possui altura constante (reta vertical) ou variável (escalonado em degraus), a forma de sua base, em planta, pode ser quadrada, trapezoidal ou retangular. 2. As fundações diretas rasas são aquelas onde as cargas provenientes da estrutura são transmitidas ao maciço de solo pela pressão da base do elemento. Geralmente, são executadas nas primeiras camadas do subsolo, a uma profundidade duas vezes infe- rior à menor dimensão em planta do elemento de fundação. Com relação aos tipos de fundações diretas rasas, leia as afirmativas, a seguir: I) Dentre os tipos de fundações superficiais, temos os blocos e sapatas, elementos cúbicos ou piramidais que recebem a carga de um ou mais pilares de uma edifica- ção. Os blocos possuem espessura constante ou variável, a forma de sua base, em planta, pode ser quadrada, trapezoidal ou retangular, o seu dimensionamento é feito para que as tensões de tração produzidas não sejam resistidas pelo concreto e, sim, pela armadura. 145 II) O radier é uma fundação rasa constituída de uma laje de concreto armado, onde as cargas de pilares e outros carregamentos são transmitidos ao solo por meio de uma superfície igual ou superior à da projeção da edificação em planta. Recomenda-se o uso de radier quando a solução em sapatas para dada obra apresenta ocupação de 70% do terreno. III) Dentre os tipos de fundações superficiais, temos os blocos e sapatas, elementos cúbicos ou piramidais que recebem a carga de um ou mais pilares de uma edifica- ção. Os blocos são construídos para suportar os esforços de compressão simples advindos das cargas dos pilares, podendo ser executados em concreto simples (não armado), alvenarias de tijolos ou pedra de mão (argamassada ou não). IV) O radier é uma fundação rasa constituída de uma laje de concreto armado, onde as cargas de pilares e outros carregamentos são transmitidos ao solo por meio de uma superfície igual ou superior à da projeção da edificação em planta. Constitui numa solução de fundação onerosa, uma vez que necessita de grande volume de concreto. Não é recomendada para a construção de residências, principalmente, se houver repetição de estrutura, como é o caso de conjuntos habitacionais. É correto o que se afirma em: a) Apenas, I e II. b) Apenas, II e III. c) Apenas, I, II e IV. d) I, II, III e IV.s sAp adm≤ e) Nenhuma das alternativas está correta. 3. Deseja-se executar uma sapata quadrada (B = 1,80 m) apoiada na cota -2,00 m de solo não-laterítico do perfil geotécnico, conforme a configuração, a seguir: Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração, em tons de cinza, sobre uma sapata que está apoiada em solo do tipo argila, marrom avermelhada, com escala NSPT à direita, iniciando com o valor 11 até o valor 50. Na sapata, há a marcação de suas altura e base, com a sinalização da carga do pilar e o valor de = 19kN/m3. Figura 1 - Perfil simplificado de solo com sapata apoiada Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). 146 Sabendo que essa sapata será confeccionada com concreto armado fck=25MPa e que a carga do pilar (25 x 25cm) centrada, para o qual ele serve de fundação, é igual a 1550 kN, com Fator de Segurança igual a 3, responda: a) A Tensão Admissível em kN/m² do solo, na cota de apoio, é maior ou menor do que a Tensão Aplicada pela sapata no solo? b) Caso a sapata não passe no critério de segurança (s sAp adm≤ ), redimensione-a para garantir a segurança. Adotar estimativa para peso próprio de 5%. 5 Nesta quinta unidade do livro, você identificará os tipos de funda- ções indiretas profundas que executamos em nossas edificações, as estacas. Serão exploradas as principais características técnicas dos tipos de estacas executadas no Brasil, as teorias e os métodos de cálculo para os parâmetros de projeto de Capacidade de Carga e os parâmetros gerais de projeto da fundação em estacas. Fundações Indiretas Profundas I Esp. Aline Cristina Souza dos Santos 148 UNICESUMAR Considere as seguintes informações: na Floresta Estadual do Paru, no estado do Pará, existe a árvore mais alta registrada da floresta amazônica. Conhecida como An- gelim Vermelho (nome científico: Dinizia excelsa) com 88,5 m de altura (GAMBI- RASIO; PLIGER, 2019), essa árvore possui tamanho superior aos altos monumentos brasileiros, como o Obelisco do Ibirapuera (São Paulo) e o Cristo Redentor (Rio de Ja- neiro). O Angelim Vermelho encontra-se firme sobre o terreno, como representado, na figura 1, ao lado. Em Abu Dhabi, capital dos Emirados Árabes Unidos, encontra-se uma edificação indicada no Livro dos Recordes Guinness como o edifício mais inclinado do mundo. Ele faz parte do Centro Nacional de Expo- sições de Abu Dhabi e recebe o nome de Capital Gate. Esta torre possui 35 andares e mede 160 m de altura, sustentada sobre solo arenoso, suportando o efeito da gra- vidade, do vento e das pressões sísmicas causadas pela inclinação de 18 graus a oeste do prédio (MARQUEZ, [2021], on-line), como pode ser visto na Figura 2: ÁRVORE ENCONTRADATEM ALTURA DE UM PRÉDIO DE 30 ANDARES 88,5m Árvore mais alta encontrada na Amazônia; 72m Obelisco do Ibirapuera 60m Altura média de um Angelim Vermelho 45 a 50m Altura média das copas das árvores da região 38m Estátua do Cristo Redentor 5m de diâmetro 1,75m Altura média do brasileiro Descrição da Imagem: a figura apresenta a ilus- tração de uma árvore cuja altitude é comparada com outros monumentos e, também, com um ser humano aos pés dela. A árvore é mais alta, apresentando altura de 88,5 m, enquanto o mo- numento Obelisco do Ibirapuera tem 72 m, o monumento Cristo Redentor tem 38 m e a altura média do brasileiro é de 1,75 m. Figura 1 - Árvore mais alta da floresta amazônica em comparação com a árvore mais alta do mundo e com alguns monumentos brasileiros Fonte: Gambiarasio e Pliger (2019, on-line). 149 UNIDADE 5 A árvore amazônica e a torre árabe são duas estruturas, extremamente, altas que se encontram estáveis sobre a sua base e resistem ao tempo e às forças externas, há muitos anos, sendo que uma possui for- mação natural, enquanto outra é resultado de projeto e trabalho humanos. Ambas possuem caracte- rísticas estruturais em comum que possibilitam o alcance de altas altitudes: a estabilidade de sua base é limitada a uma área pouco maior do que a sua largura e mantida por um conjunto de elementos esbeltos inseridos no solo, sendo as raízes, na árvore, e as estacas, na torre. Mas você sabe o motivo pelo qual as raízes conseguem manter árvores altas, como o Angelim Ver- melho amazônico ou a Sequoia Hyperion californiana? O que os projetistas e construtores aprenderam sobre as raízes inseridas no solo que garantissem estabilidade às obras de grandes proporções e de enormes alturas em limitado espaço, como é o caso dos edifícios no meio de cidades? Vimos, na unidade anterior, que muitas das inovações em técnicas de construção têm base na ob- servação de fenômenos e estruturas naturais. As árvores são elementos naturais que alcançam elevadas alturas e resistem a forças horizontais impostas pelo vento (as quais tentam derrubá-las). Quanto mais alta é a árvore, mais profundas e numerosas são as suas raízes. Existe um motivo para isso! Descrição da Imagem: a figura apresenta uma fotografia da paisagem de uma cidade com o céu azul ao fundo e os prédios alinhados na porção inferior horizontal. A foto apresenta, na parte esquerda da imagem, em primeiro plano, a torre inclinada Capital Gate, o edifício mais alto da paisagem. Figura 2 - Torre inclinada Capital Gate, em Abu Dhabi / Fonte: Marquez ([2021], on-line). 150 UNICESUMAR Ao longo do desenvolvimento da humanidade, diversos materiais foram incorporados na constru- ção de edificações para torná-las mais leves e, assim, não impor tanta pressão sobre o terreno onde elas se apoiam, mantendo a estabilidade. Porém, conforme foram desenvolvidos projetos localizados em terrenos bem limitados, ou seja, em lugares cuja base da edificação não poderia ser alargada na mesma proporção de seu peso ou que a resistência das camadas superficiais não fosse suficiente para suportar a construção, os construtores perceberam a necessidade de apoiar as fundações em camadas mais profundas do solo, de forma que os elementos utilizassem o atrito com as camadas de terra para “grudá-los” ao terreno (MAIA et al., 2019). O sistema de fundação indireta profunda trabalha com esse conhecimento, em que a carga da edifi- cação é transmitida às camadas profundas do solo, por meio de um conjunto numeroso de elementos esbeltos (as estacas) fincados no terreno. Entenderemos como, naturalmente, a concepção de uma fundação indireta profunda em estacas funciona, por meio de uma análise do funcionamento da torre Capital Gate, em Abu Dhabi. Para esta experimentação, você precisará assistir ao vídeo-docu- mentário produzido pelo canal National Geographic, chamado Obras Incríveis – A torre inclinada de Abu Dhabi (Capital Gate) (QR-Code) para compreender como está estruturada essa edificação e as dificuldades oferecidas pelo design e pelas condições ambientais da cidade de Abu Dhabi bem como a composição de suas fundações em estacas. Após assistir ao documentário, faça uma análise da represen- tação, em Realidade Aumentada (RA), da torre Capital Gate com suas estacas de fundações e verifique a posição e a diferença de comprimento entre elas, abaixo da laje de concreto reforçada que faz a distribuição das cargas para a fundação. Além de possibilitar que a edificação transmita as suas cargas às camadas mais profundas, elementos de fundação, como as estacas, também oferecem outros tipos de estabilidade para edificações que atingem alturas elevadas, como a resistência ao tombamento ou ao arranque. É o caso da Capital Gate, em Abu Dhabi, cujos esforços necessários para manter a torre estável no terreno são de dois tipos: um deles é o esforço de peso próprio, natural a todas as edificações e que necessita de distribuição da carga nas camadas do solo; o outro é o esforço de arranque, que ocorre quando a torre tem a tendência natural de tombar no chão devido à sua elevada altitude, à sua es- belteza, inclinação e carga dos ventos da região, os quais empurram o edifício. A resistência a esses tipos de esforços só é possível em estacas porque estes elementos de fundação distribuem as cargas da edificação para o solo de duas formas — por pressão e por atrito. REALIDADE AUMENTADA TORRE INCLINADA DE ABU DHABI (CAPITAL GATE) https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/10459 151 UNIDADE 5 Com as informações de posicionamento e função das estacas da Capital Gate, faça um esboço repre- sentativo, no espaço do Diário de Bordo, em duas dimensões, da torre inclinada, da laje de distribuição das cargas da edificação e das estacas que se inserem no solo, indicando, por meio de flechas, qual a direção dos esforços que elas estão distribuindo (para baixo ou para cima), em relação aos esforços, utilize setas ou flechas indicativas. Também use este espaço para escrever um parágrafo explicando por que as forças a serem distribuídas são diferentes aos grupos de estacas que estão embaixo da mesma laje de distribuição. 152 UNICESUMAR Antes de começar a entender como funcionam as fundações indiretas profundas, é preciso compreen- der, primeiro, o conceito por trás destas duas denominações: indiretas e profundas. Relembraremos o conceito de fundação profunda, segundo a NBR 6122 (ABNT, 2019, p. 3): “ Elemento de fundação que transmite a carga ao terreno ou pela base (resistência de pon- ta) ou por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas, devendo sua ponta ou base estar assente em profundidade superior a 8 vezes a sua menor dimensão em planta e no mínimo 3,0 m; quando não for atingido o limite de 8 vezes, a de- nominação deve ser justificada. Neste tipo de fundação, incluem-se as estacas e os tubulões. A Figura 3 ilustra um elemento de fundação profunda, em vista lateral, inserida no maciço de solo, comparado a um elemento de fundação superficial ou rasa. Identificamos a sua Menor Dimensão em Planta (B) e a Cota de Assentamento da Fundação (zf). Nível do Terreno FUNDAÇÃO SUPERFICIAL / RASA FUNDAÇÃO PROFUNDA Nível do Terreno Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração dividida em duas partes, mostrando elemento de fundação superficial ou rasa e de fundação profunda inseridas em camadas de solo diferentes. Na parte da direita, a fundação superficial é composta por uma sapata inserida na camada intitulada “solo 1” com indicação de profundidade por meio das letras “Zf” e largura de sua base denominada “B”. Na parte da esquerda, a fundação profunda é composta por uma estaca inserida na camada intitulada “solo 1” e, também, na camada chamada “solo 2”, com indicação da profundidade por meio das letras “Zf” e largura da ponta denominada “B”. Figura 3 - Diferença entre fundação superficial e fundação profunda, segundo critério da NBR 6122 / Fonte: adaptada de ABNT (2019). 153UNIDADE 5 Seguindo o critério da norma técnica de fundações, vamos a um exemplo: se uma estaca possui a menor dimensão da ponta diâmetro = B = 20 cm, para ser considerada “fundação profunda”, a profundidade de assentamento da ponta deverá ser oito vezes maior do que a menor dimensão da ponta (Zf ≥ 160 cm), ou, no mínimo, 3 m. A figura, a seguir, ilustra uma estaca que entra nesse critério da norma técnica. Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração mostrando uma estaca inserida em camadas de solo diferentes, sendo a camada superficial indicada, à esquerda, como “solo 1” e a camada profunda, embaixo dela, indicada como “solo 2”. Na ponta da estaca inserida na camada “solo 2”, a cota horizontal indica a largura da estaca como “B igual 0,20 metros”. À direita, a profun- didade de assentamento da estaca, que é indicada pela cota, desde o nível do terreno até a ponta, indica “Zf igual 18 metros”. Na parte superior direita da ilustração, está o critério de identificação da norma técnica NBR 6122. Na parte central direita, está o cálculo “oito vezes B igual a 1,60 metros”, em que a profundidade “Zf de 18 metros” é muito maior do que este valor. Portanto, a classificação de fundação profunda está ok. Figura 4 - Exemplo de classificação pela NBR 6122 / Fonte: adaptada de ABNT (2019). Nível do terreno B = 0,20 m Z = 18 m CRITÉRIO DA NORMA NBR 6122 f (8 ) Profunda 3 Profunda (8 ) Superficial/Rasa 3 Superficial/Rasa f B m Z B m � � �� �� �� �� � �� �� �� (8 ) (8 0,20) 1,60 18 1,60 Fundação Profunda OK! f B m Z m m � � � � � �� � 154 UNICESUMAR A estaca é um tipo específico de fundação definido pela NBR 6122 (ABNT, 2019, p. 3) como: “ Elemento de fundação profunda executado inteiramente por equipamentos ou fer- ramentas, sem que, em qualquer fase de sua execução, haja trabalho manual em pro- fundidade. Os materiais empregados podem ser: madeira, aço, concreto pré-moldado, concreto moldado in loco, argamassa, calda de cimento ou qualquer combinação dos anteriores. A sua forma é alongada e tem seção transversal circular ou prismática (quadrada, hexagonal, entre outras), podendo ser de perfil maciço ou vazado. O quadro, a seguir, mostra algumas das formas de seção transversal, comumente, fabricadas para estacas. FORMATO DA SEÇÃO SEÇÃO MACIÇA SEÇÃO VAZADA PERFIL METÁLICO CIRCULAR QUADRADA HEXAGONAL - OCTOGONAL - “I” - “H” - 155 UNIDADE 5 FORMATO DA SEÇÃO SEÇÃO MACIÇA SEÇÃO VAZADA PERFIL METÁLICO TRILHO - ESTRELA - Quadro 1 - Exemplos de geometria de seção transversal / Fonte: a autora. Nomeamos como indiretas aqueles tipos de fundações cujos elementos transmitem a carga recebida da estrutura da edificação (superestrutura) para o solo, seja pela resistência sob sua extremidade in- ferior (resistência de ponta), seja pela resistência ao longo do fuste (atrito lateral) ou pela combinação dos dois (ALONSO, 2019). A Figura 5 ilustra esta forma de distribuição de carga recebida (P) por uma estaca para o terreno, por meio de seu corpo, usando o atrito lateral com o solo e a resistência na sua ponta. Descrição da Imagem: a figura apresen- ta uma ilustração que mostra uma estaca inserida em uma camada de solo com flechas representando a direção dos es- forços que atuam sobre essa estaca. No topo da estaca, acima do nível do terre- no, uma flecha vertical para baixo indica a letra “P” como carga sobre a estaca. Nas laterais da estaca, dentro da camada solo, várias flechas verticais pequenas, apontadas para cima, indicam as letras “RL” como a resistência por Atrito Late- ral. Na parte de baixo da estaca, dentro da camada chamada “solo”, uma única flecha vertical para cima indica as letras “RP” como resistência de ponta. Figura 5 - Esforços atuantes em uma estaca Fonte: a autora. 156 UNICESUMAR Dessa forma, conseguimos entender que as fundações indiretas profundas, as estacas, reúnem estas duas características: profundidade de assentamento oito vezes maior do que a menor dimensão do ele- mento (ou 3 m); transmissão de cargas pelo atrito de seu corpo com o solo e/ou a resistência em sua ponta. A Associação Brasileira de Empresas de Engenharia de Fundações e Geotecnia (ABEF) publica o Manual de Execução de Fundações – Práticas Recomendadas, referência para fundações brasileiras. Ele contém es- pecificações para os seguintes tipos: estacas metálicas; pré-moldadas de concreto; escavadas mecanicamente; Strauss; Franki; raiz; hollow auger; escavadas e barretes com uso de fluido estabilizante; estacas hélice e mega. Acesse o site da ABEF para saber como ter acesso a esse manual. Para acessar, use seu leitor de QR Code. Velloso e Lopes (2011) reconhecem que não existem regras fixas na escolha do tipo de estaca para determinada fundação, pois vale muito a experiência de construção local, indicando ampla variação de situações. Porém os autores listam alguns fatores que devem ser considerados no projeto: • Esforços nas fundações: para determinar o nível (intensidade) das cargas dos pilares bem como a ocorrência de esforços além da compressão (tração e flexão). • Características do subsolo: averigua-se se existe ocorrência de condições que interfiram no processo de execução, como: • Argilas muito moles: dificulta a execução de estacas de concreto moldadas in loco. • Solos muito resistentes: caso de solos compactos, com pedregulhos ou matacões que dificultam ou impedem o atravessamento das camadas por estacas cravadas de qualquer tipo (madeira, concreto ou metálicas). • Nível do lençol freático elevado: com ocorrência do nível d’água próximo da superfície, dificulta ou impede a execução de estacas de concreto moldadas in loco sem revesti- mento ou com uso de fluido estabilizante. • Aterros recentes: solos que ainda estão em processo de adensamento sobre camadas moles, indicando possibilidade de ocorrência de atrito negativo. • Características do local da obra: a construção se localiza em terrenos acidentados com caracte- rísticas que dificultam o acesso de equipamentos pesados (bate-estaca, perfuratriz etc.); limitação de altura no caso de obras com telhados e lajes acima do espaço de cravação da estaca, impedindo https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/9920 157 UNIDADE 5 equipamentos altos; o terreno é distante de centros urbanos, o que encarece o transporte de materiais e equipamentos pesados. • Características das construções vizinhas: referem-se, principalmente, ao tipo e profundidade das fundações já executadas no local bem como a existência de subsolos ou danos antigos nas edificações, pois alguns procedimentos de execução de estacas provocam perturbações, como vibração, acréscimo de tensões no solo, entre outros que podem prejudicar construções vizinhas. A escolha do tipo de estaca será realizada por profissional projetista em função de vários fatores, prin- cipalmente, relacionados ao tipo de carregamento a que estará submetida, à sua posição, ao material constituinte e ao processo de fabricação (ALBUQUERQUE; GARCIA, 2020). Estes fatores também indicam as principais categorias de classificação de uma estaca, conforme destacados, a seguir: • Carregamento: compressão, tração ou horizontal. • Posição: vertical ou inclinada. • Material: madeira, concreto, de aço e mistas. • Fabricação: moldadas in loco ou pré-fabricadas. Também podemos classificar as estacas de acordo com a forma de trabalho de sustentação que elas promoverão após a sua execução. Este tipo de classificação é, diretamente, ligado à concepção de projeto adotada pelo(a) profissional, durante os seus cálculos, e diferencia os efeitos de reação do solo sobre a estaca. Albuquerque e Garcia (2020) organizam essas categorias de classificação das estacas em: • Sustentação flutuante: será considerado resistência do solo, somente, o atrito lateral ao redor da estaca, desprezando a resistência de ponta. Geralmente, esta consideração é utilizada, em projeto, quando temos solo de baixa resistência ao redor e abaixo da pontada estaca. A próxima figura ilustra um exemplo de duas estacas sob bloco, em situação de sustentação flutuante, em comparação aos outros dois tipos. • Sustentação de ponta: será considerada resistência do solo, somente, a resistência de ponta da estaca, desprezando o atrito lateral. Geralmente, esta consideração é utilizada, em projeto, quando temos o fuste (comprimento) da estaca inserido em solo de baixo atrito lateral e cuja ponta está apoiada em solo resistente. A próxima figura ilustra um exemplo de duas estacas sob bloco, em situação de sustentação de ponta, em comparação aos outros dois tipos. • Sustentação mista: serão consideradas resistência do solo tanto o atrito lateral ao redor da estaca quanto a resistência de ponta. Geralmente, essa consideração é utilizada na maioria dos projetos de estacas onde há solos de baixa resistência ao longo do fuste da estaca e alta resistência na profundidade de apoio da ponta. A seguir, temos uma figura que ilustra um exemplo de duas estacas, sob bloco em situação de sustentação mista, em comparação aos outros dois tipos. A Figura 6 ilustra as três categorias de classificação pela forma de trabalho de sustentação das estacas. 158 UNICESUMAR Outra forma de classificar as estacas é de acordo com o seu efeito no solo (tipo de deslocamento) durante a execução, seguindo a terminologia estabelecida pela norma inglesa de fundações. Velloso e Lopes (2011) organizam as categorias de classificação das estacas em: • Estacas de deslocamento: são introduzidas no terreno utilizando um processo que não pro- move a retirada do solo, categoria das estacas cravadas, em geral. O solo que, originalmente, se encontrava no espaço que a estaca ocupará, é deslocado, horizontalmente, durante a execução, aumentando as tensões horizontais geostáticas. • Estacas de substituição: são introduzidas no terreno após a perfuração do mesmo, categoria das estacas escavadas. O solo é removido por ferramentas de escavação, podendo, ou não, utilizar revestimento ou fluido estabilizante para manter a integridade do furo, e o espaço perfurado é preenchido pela estaca (substituição). Com a remoção do solo, durante a escavação, as tensões horizontais geostáticas se reduzem. Sustentação Flutuante Sustentação de Ponta Sustentação Mista P P P Nível terreno Nível terreno Nível terreno Estacas RL RLSolo de baixa resistência Solo de baixa resistência Solo de baixa resistência Estacas Baixo atrito lateral RP Solo resistente Solo resistenteRP RLSolo de baixa resistência Solo de baixa resistência Estacas = 0 Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração dividida em três partes, mostrando, em cada uma delas, duas estacas sob um bloco retangular, inseridas em camadas de solo com flechas representando a direção dos esforços que atuam sobre elas, nas seguintes situações: sustentação flutuante, à esquerda, sustentação de ponta, ao centro, sustentação mista, à direita. Figura 6 - Forma de trabalho de estacas de sustentação / Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). 159 UNIDADE 5 • Estacas sem deslocamento: estacas cujo processo de execução quase não varia as tensões geostá- ticas do solo. É uma categoria intermediária, em que podemos ter estacas cravadas que deslocam, minimamente, o solo, e escavadas, onde, durante o procedimento de escavação, já é realizada a introdução do material componente da estaca (por exemplo, concreto), provocando mínima variação das tensões geostáticas naturais. A Figura 7 ilustra essas três categorias de classificação pelo efeito provocado no solo, durante o pro- cesso de execução das estacas. Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração dividida em três partes e que mostra cada situação de estaca inserida em solo e as movimentações promovidas na camada de solo com flechas representando a direção de movimentação do mate- rial. Na parte da esquerda, a estaca de deslocamento apresenta flechas indicando a compactação do solo nas laterais. Na parte central, a estaca de substituição tem uma flecha curva no topo, a qual indica dois montes de solo retirado. Na parte da direita, duas estacas sem deslocamento contêm flechas pequenas que indicam compactação lateral bem como outra flecha indicando um pequeno monte de solo retirado. Figura 7 - Classificação de estacas pelo efeito provocado no solo, durante a execução das mesmas / Fonte: a autora. ESTACA DE DESLOCAMENTO ESTACA DE SUBSTITUIÇÃO ESTACAS SEM DESLOCAMENTO SOLO RETIRADO O quadro, a seguir, apresenta o nome das principais estacas executadas no Brasil e as suas classificações, de acordo com o efeito no solo produzido pelo processo de execução. 160 UNICESUMAR TIPO DE ESTACA EFEITO NO SOLO DA EXECUÇÃO Estacas brocas – Trado manual SUBSTITUIÇÃO Estaca escavada, mecanicamente sem fluido estabilizante com fluido estabilizante Estaca Strauss Estaca hélice contínua Estaca hélice segmentada Estaca escavada, mecanicamente, com revestimento metálico perdido que avança à frente da escavação SEM DESLOCAMENTO Estaca raiz Estacas Franki GRANDE DESLOCAMENTO Estacas de madeira Estacas de concreto Armado Protendido Estacas prensadas (Mega) Estacas mistas Madeira-concreto Franki-pré-moldada Metálica-concreto Estacas metálicas – Tubos de ponta fechada Estacas metálicas Perfis PEQUENO DESLOCAMENTO Tubos de ponta aberta Trilhos estaca hélice de deslocamento (ômega) Estaca hollow auger Quadro 2 - Tipos de estacas e os efeitos no solo devido à execução / Fonte: a autora. Agora, conheceremos as técnicas de implantação no solo e os materiais das estacas, comumente, empregadas no Brasil e que possuem prescrições na norma NBR 6122 em seus anexos (ABNT, 2019), assim como no Manual de Execução de Fundações da ABEF (2016). Lembrando que estas documentações são as principais fontes sobre diretrizes de execução, monitoramento e avaliação de fundações em estacas brasileiras. 161 UNIDADE 5 O quadro, a seguir, organiza, de forma esquemática, as estacas agrupadas pela sua classificação de fabricação (pré-moldadas e moldadas in loco). ESTACAS PRÉ-MOLDADAS Nome da Estaca Técnica de Implantação no Solo Material Componente Madeira Cravação: por percussão, normalmen- te, executada com martelo de queda livre. Troncos de árvores: eucalipto para obras provisó- rias; madeiras de Lei para obras definitivas (peroba, aroeira, maçaranduba, ipê etc.). A ponta e o topo devem ter diâmetros maiores do que 15 cm e 25 cm, respectivamente. Metálica Cravação: pode ser feita por percus-são, prensagem ou vibração. Peças de aço laminado ou soldado: perfis de se- ção simples (I e H) ou composta; chapas dobradas de seção circular (tubos), quadrada ou retangular; trilhos reaproveitados de linhas férreas. Dimensio- nadas de acordo com a norma técnica NBR 8800. Pré-moldada de concreto Cravação: pode ser feita por percus- são, prensagem ou vibração. Peças de concreto: concreto armado ou protendi- do, concretadas em fôrmas horizontais ou verticais ou por sistema de centrifugação. Cravada à reação – Pren- sada ou mega Cravação: feita por prensagem ou cravação estática, por meio de macaco hidráulico reagindo contra cargueira ou estrutura existente. Segmentos de concreto ou metálicos: elementos pré-moldados de concreto (armado, centrifugado ou protendido) ou por elementos metálicos (perfis ou tubos de aço). Duvidas sobre as normas Você já ouviu falar de uma obra que tenha recebido a visita de um(a) fiscal das normas? Uma pessoa com a norma da ABNT ou o manual da ABEF debaixo do braço, além do crachá da instituição? Nunca ouviu falar? É porque esse(a) fiscal não existe! Isso significa que podemos fazer as nossas fundações como quisermos? Significa que o(a) profissional pode escolher não seguir as normas técnicas e recomendações das associações nacionais da área de fundações e Geotécnica? A conversa no podcast desta unidade focará nas res- postas a estas perguntas, buscando trazer o olhar cotidiano da prá- tica profissional e como elese relaciona com as normativas técnicas e instruções de órgãos de classe da área de fundações. Acesse o link e dê play neste papo profissional! https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/8312 162 UNICESUMAR ESTACAS MOLDADAS IN LOCO Nome da Estaca Técnica de Implantação no Solo Material Componente Escavada, meca- nicamente, sem fluido estabili- zante Escavação: execução de furo por trado espiral com profundidade limitada pelo nível do lençol freático. Remoção de solo. Concreto: confeccionado para satisfazer às seguin- tes exigências: - Consumo de cimento maior do que 300 kg/m³. - Slump entre 8 cm e 12 cm para estacas não arma- das, entre 12 cm e 14 cm para estacas armadas. - Agregado diâmetro máximo de 19 mm (brita 1). - Resistência fck ≥ 20 MPa aos 28 dias.Strauss Escavação: furo com emprego de sonda (piteira) e introdução de reves- timento metálico em seguimentos rosqueados. Remoção de solo. Franki Cravação: por percussão de um pilão em bucha seca. Esta é formada por pedra e areia aderida à base do tubo de aço. Deslocamento de solo. Concreto: confeccionado para satisfazer às seguin- tes exigências: - Consumo de cimento maior do que 350 kg/m³. - Resistência fck ≥ 20 MPa aos 28 dias. Raiz Escavação: execução de furo por meio de perfuratriz que desce o revesti- mento (tubos metálicos) rosqueando, por meio de circulação de água ou ar comprimido. Remoção de solo. Argamassa: confeccionada para satisfazer às seguintes exigências: - Resistência fck ≥ 20 Mpa. - Consumo de cimento não inferior a 600 kg/m³. - Fator água/cimento entre 0,5 e 0,6. - Agregado tipo areia e/ou pedrisco. Hollow auger Escavação: perfuração rotativa de revestimentos rosqueáveis e recu- peráveis, dotados de hélice dupla nas laterais e tampa articulada na extremidade com anel de vedação. Deslocamento de solo. Escavada com fluido estabilizante Escavação: execução de furo por ferra- menta de perfuração, simultaneamente, ao lançamento de fluido (lama bentoní- tica ou polímero sintético) para susten- tação das paredes. Remoção de solo. Concreto: confeccionado para satisfazer às seguin- tes exigências: - Consumo de cimento maior do que 400 kg/m³. - Slump 22 cm ± 3cm. - Fator água/cimento ≤ 0,6. - Agregado diâmetro máximo de 19 mm (brita 1). - Porcentagem de argamassa em massa ≥ 55%. - Traço tipo bombeado. - Resistência fck ≥ 20 Mpa. - Aditivos que atendam às normas NBR 11768 e NBR 16826. 163 UNIDADE 5 Hélice contínua Escavação: executada por meio de per- furação de um trado helicoidal contínuo até a profundidade planejada. Remo- ção de solo. Concreto: confeccionado para satisfazer às se- guintes exigências: - Consumo de cimento não inferior a 400 kg/m³. - Atender à correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto (NBR 6118) para Classe I, II, III e IV. - Slump 22cm ± 3cm. - Fator água/cimento ≤ 0,6. - Agregado tipo areia e/ou pedrisco. - Porcentagem de argamassa em massa ≥ 55%. - Traço tipo bombeado. - Resistência fck ≥ 20 MPa aos 28 dias. Hélice segmen- tada Escavação: perfuração executada por rotação de segmentos de trado do- tados de hélice espiral nas laterais e acoplamento macho e fêmea nas ex- tremidades. Remoção de solo. Hélice de deslo- camento (ôme- ga) Escavação: perfuração executada por rotação de um trado que ocasiona o deslocamento do solo junto ao fuste e à ponta (trado ômega), não havendo retirada de solo. Quadro 3 - Técnicas de implantação no solo e materiais componentes das estacas empregadas, comumente, no Brasil / Fonte: a autora. A seguir, faremos o detalhamento específico dos processos executivos de cada um dos tipos de estacas citadas. Estaca de madeira Estas estacas são utilizadas como fundações em edificações desde os primórdios da história. Um exem- plo clássico, registrado em bibliografia técnica, é a reconstrução, em 1902, do campanário da Igreja de São Marcos, em Veneza, que revelou estacas de madeira em ótimo estado e capazes de continuar a suportar as cargas atuantes após, aproximadamente, 1000 anos de serviço (MAIA et al., 2019). Porém, com a dificuldade de obtenção de madeiras de qualidade para a sua fabricação e do incremento das cargas das estruturas usuais, a sua utilização é bem reduzida (MAIA et al., 2019). A norma técnica de fundações indica o seu uso “para obras provisórias. Se forem usadas para obras permanentes, terão que ser protegidas de ataques de fungos, bactérias aeróbicas, térmitas etc.” (ABNT, 2019, p. 6). Isso porque a durabilidade pode ser comprometida quando existem variações das condições do ambiente (submerso em água, úmido e seco) e exposição a agentes agressivos (substâncias reagentes e organismos). Quando mantidas, completamente, submersas, as estacas de madeira têm duração, praticamente, ilimitada, caso contrário, elas são muito inseguras. Em São Paulo, temos o exemplo dos reforços de casarões no bairro Jardim Europa, realizados com estacas de madeira que vieram a apodrecer quando a calha do Rio Pinheiros foi retificada e aprofundada, alterando o nível do lençol freático da região (MAIA et al., 2019). Para garantir a durabilidade da estaca, quando ocorre variação do nível d’água, são utilizados tratamentos químicos da madeira, tais como: creosoto ou sais de zinco, cobre, mercúrio etc. (VELLOSO; LOPES, 2011). 164 UNICESUMAR As estacas de madeira são inseridas no solo por meio de cravação à percussão, utilizando equipamento bate-estaca. Este procedimento consiste em golpes repetidos de um pilão, aplicados à cabeça da estaca ou do seu molde, forçando o elemento a se inserir no terreno até a profundidade que oferece resistência satisfatória à penetração. Essa resistência é controlada, em campo, por meio de relatórios ou boletins de cravação com indicação do parâmetro conhecido como “nega”, que será abordado mais à frente, no texto. Este processo de cravação provoca vibração no terreno, algo que pode gerar proble- mas a estruturas vizinhas. Para evitar que a cabeça das estacas de madeira seja destruída por fendilhamento, durante a percussão, usa-se um anel de aço. Já para garantir que a estaca penetre ou atravesse camadas resistentes de solo, protegem-se as pontas com ponteira de aço (MAIA et al., 2019). A Figura 8 mostra uma estaca de madeira cujas cabeça e ponta estão protegidas. Estruturalmente, a carga admissível das estacas de madeira de- pende do diâmetro de sua seção transversal e do tipo da madeira do qual é feita, porém costuma-se adotar alguns valores representativos desta resistência, a chamada Carga de Catálogo. Na tabela, a seguir, são apresentadas algumas cargas admissíveis, normalmente, usadas para estacas de madeira. TIPO DE ESTACA SEÇÃO TRANSVERSAL Diâmetro (cm) CARGA DE CATÁLOGO Pe (kN)* MADEIRA σe = 4,0 MPa Φ 20 150 Φ 25 200 Φ 30 300 Φ 35 400 Φ 40 500 (*) Estes valores representam, apenas, uma ordem de grandeza, pois dependem do tipo e da qualidade da madeira. A norma NBR 6122 recomenda, para a definição da carga estrutural admissível, que seja considerada, sempre, a seção transversal mínima e adotada uma Tensão Admissível compatível com o tipo e a qualidade da madeira, conforme a NBR 7190. σe = Tensão Admissível do material da estaca. Tabela 1 - Valores orientativos de Carga de Catálogo para estacas de madeira Fonte: adaptada de Maia et al. (2019). TOPO BASE ANEL PONTEIRA Figura 8 - Estaca de madeira com anel e ponteira metálica de proteção / Fon- te: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração que mos- tra uma estaca vertical. Esta tem, no topo, uma peça indicada como “anel” e, na base, uma peça trian- gular de ponta para baixo, indicada como “ponteira”. 165 UNIDADE 5 Estaca metálica Este tipo de estaca pode ser fabricado ou fruto de reaproveitamento de trilhos das linhas férreas que perderam a sua utilização por desgaste (ALONSO, 2019) composto de aço e com variadas opções de seção transversal. A norma técnicade fundações indica que a estaca me- tálica pode ser constituída por perfis de aço laminados ou soldados, em composição simples ou múltiplas, tubos de chapa dobrada ou calandrada bem como tubos (com ou sem costura) e trilhos (ABNT, 2019). Podem atingir cotas muito profundas do terreno devido ao fato de seus elementos serem, facilmente, emendados, por meio de soldas. Um dos principais problemas na utilização das estacas metálicas, quando comparadas com outras estacas, está no custo elevado das mesmas, pois o material que as compõem é caro, e os comprimentos necessários para transferir a carga ao solo são maiores (MAIA et al., 2019). Contudo existem situações em que a facilidade de cravação, manipulação, transporte, emendas ou corte, além de atender às várias fases da construção e apresentar baixa vibração, torna esse tipo de estaca, economicamente, viável. “ A cravação de estacas pode ser feita por percus- são, prensagem ou vibração. A escolha do equi- pamento deve ser feita de acordo com o tipo, dimensão da estaca, características do solo, con- dições de vizinhança, características do projeto e peculiaridades do local. O sistema de cravação deve estar sempre bem ajustado [...] o uso de martelos mais pesados e com menor altura de queda é mais eficiente do que o uso de martelos mais leves e com grande altura de queda (ABNT, 2019, p. 58). Geralmente, são indicadas estacas metálicas para a utilização em solo muito resistente, pois a Tensão Admissível à compressão do aço é elevada (ALBUQUERQUE; GARCIA, 2020) e a sua seção trans- versal, quando composta de perfil esbelto ou tubo vazado, possui características que promovem o corte do solo, durante a cravação. Na tabela, a seguir, são apresentadas algumas cargas admissíveis, normalmente, usadas para perfis comuns de estacas metálicas. 166 UNICESUMAR TIPO DE ESTACA METÁLICA TIPO/DIMENSÃO PESO/ METRO (kgf/m) CARGA DE CATÁLOGO Pe (kN)* Trilhos usados se ≅ 80 MPa (verificar grau de desgaste e alinhamento) TR 25 24,6 200 TR 32 32,0 250 TR 37 37,1 300 TR 45 44,6 350 TR 50 50,3 400 2 TR 32 64,0 500 2 TR 37 74,2 600 3 TR 32 96,0 750 3 TR 37 111,3 900 Perfis I e H – aço A36 Descontados 1,5 mm para corrosão e aplicada se = 120 MPa I 8” (203 mm) 27,3 300 I 10” (254 mm) 37,7 400 I 12” (305 mm) 60,6 600 2 I 10” 75,4 800 2 I 12” 121,2 1200 H 6” (152 mm) 37,1 400 Perfis H – aço A572 Descontados 1,5 mm para corrosão e aplicada se = 175 MPa H 200 mm 46,1 700 H 200 mm 59,0 1000 H 250 mm 73,0 1200 H 310 mm 93,0 1500 H 310 mm 117,0 2000 (*) Estes valores representam, apenas, uma ordem de grandeza, pois dependem do tipo de aço, processo de fabricação e método de execução da estaca. Recomenda-se consultar os catálogos técnicos das empresas executoras das estacas. σe = Tensão de trabalho (adotado como 0,5 fyk para peças novas). Tabela 2 - Valores orientativos de Carga de Catálogo para estacas metálicas / Fonte: adaptada de Velloso e Lopes (2011). Não existe, no meio técnico, questionamento sobre a corrosão de estacas metálicas quando elas se en- contram, completamente, enterradas em solo natural, pois a quantidade de oxigênio ao seu redor é tão pequena que a reação química se encerra, rapidamente (MAIA et al., 2019). A norma técnica de fundações considera que deve haver uma espessura de sacrifício definida em projeto para as seções transversais das estacas metálicas, sempre que essas forem “executadas em solos sujeitos a erosão ou ainda que vierem a ficar expostas ou tenham sua cota de arrasamento acima do nível do terreno” (ABNT, 2019, p. 59). Estaca pré-moldada de concreto Como indicado, anteriormente, na Tabela 2, este tipo de estaca pode ser fabricado em concreto armado ou protendido, desde que apresente resistências compatíveis com os esforços de correntes de manu- seio, transportes, cravação e utilização. Comumente, são empregadas estacas com seções transversais 167 UNIDADE 5 quadradas, hexagonais, octogonais e circulares, e aquelas de maiores dimensões são vazadas para reduzir o peso próprio da peça (MAIA et al., 2019). A escolha por uma forma de seção transversal de estaca pré-moldada de concreto varia dependendo das condições específicas de cada obra e projeto, porém os seus elementos são, sempre, fabricados em comprimentos padronizados (definidos pelo fabricante) e com anéis metálicos nas extremidades para permitir, por meio de solda, a emenda dos elementos (ALBUQUERQUE; GARCIA, 2020). A sua cravação, assim como nas estacas metálicas, também pode ser realizada por percussão, vibração ou prensagem. A escolha do equipamento que realizará a inserção dos elementos no solo será em função do tipo e dimensão da estaca, das características do solo, condições de vizinhança, características do projeto e peculia- ridades do local (ABNT, 2019). O procedimento de cravação pode gerar problemas com edificações vizinhas devido a barulho, vibração ou deslocamentos do solo, principalmente, se for esco- lhido um sistema à percussão, no entanto a sua execução não é afetada pelo lençol freático bem como o material componente (concreto) possui forte resistência à ação de agentes agressivos em geral e à variação de umidade ambiental (alteração do nível do lençol freático). A Figura 9 mostra um equipamento de bate-estaca realizando, em terreno de fundação, a cravação de estacas pré-moldadas de concreto. Figura 9 - Estaca pré-moldada de concreto sendo cravada por bate-estaca / Fonte: Shutterstock. Descrição da Imagem: a figura apresenta uma fotografia que mostra um canteiro de obras com várias estacas pré-moldadas de concreto de seção quadrada cravadas e um equipamento bate-estaca fazendo a cravação de uma estaca igual às demais. Um trabalhador, de costas, está à esquerda e, ao fundo, há um conjunto de prédios em fase de construção. 168 UNICESUMAR A principal desvantagem é a dificuldade em modificar, de forma rápida, o seu comprimento, em face de variações imprevistas do terreno. A sua cravação é feita até a cota prevista, para garantir a resistência geotécnica exigida em projeto, sempre utilizando procedimentos de controle de cravação (relatório ou boletim de nega), porém qualquer alteração dessa cota, durante a execução, gerará necessidade de emenda ou corte dos elementos, interferindo nos custos e no cronograma da obra (BERBERIAN, 2010). Por isso que os estudos do solo, a definição da carga admissível e a previsão de comprimento às estacas pré-moldadas de concreto devem ser, cuidadosamente, estudados. Na tabela, a seguir, são apresentadas algumas cargas admissíveis, normalmente, usadas para seções transversais comuns de estacas pré-moldadas de concreto. TIPO DE ESTACA PRÉ- MOLDADA DE CONCRETO DIMENSÃO* (cm) CARGA DE CATÁLOGO Pe (kN)** Vibrada, de concreto armado, quadrada maciça se = 6 a 10 MPa 20 x 20 400 25 x 25 600 30 x 30 900 35 x 35 1200 Vibrada circular, de concreto armado, circular com furo central se = 9 a 11 MPa Φ 22 400 Φ 29 600 Φ 33 800 Vibrada, de concreto protendido se = 10 a 14 MPa Φ 20 350 Φ 25 600 Φ 33 900 Centrifugada, de concreto armado se = 9 a 11 MPa (seção vazada) Φ 20 300 Φ 23 400 Φ 26 500 Φ 33 750 Φ 38 900 Φ 42 1150 Φ 50 1700 Φ 60 2300 Φ 70 3000 (*) Recomenda-se consultar os catálogos técnicos das empresas executoras das estacas, além das empresas fabricantes das estacas pré-moldadas. se = Tensão de trabalho no concreto. Tabela 3 - Valores orientativos de Carga de Catálogo para estacas pré-moldadas de concreto / Fonte: adaptada de Velloso e Lopes (2011). 169 UNIDADE 5 Cravada à reação – Prensada ou mega São estacas pré-moldadas constituídas de curtos segmentos de concreto, armado ou metálicos, que se encaixam e são inseridos no solo, por meio de uma cravação estática (prensagem), a qual utiliza um macaco hidráulico que reage contra uma cargueira ou estrutura existente (ABNT, 2019). Por esta característica de necessitar de pouco espaço para a sua execução, este tipo de estaca é recomendado às situações cujasfundações existentes necessitam de substituição ou reforço, sem interromper o uso da edificação. A Figura 10 ilustra o processo de execução desse tipo de estaca. Parede Parede Parede Parede Bomba de óleo Bomba de óleo Solo “Berço” de concreto Solo Solo Solo “Macado” hidráulico Núcleo vazado para posterior solidarização Núcleo armado e concretado Figura 10 - Processo de execução da estaca prensada ou mega reagindo contra estrutura existente Fonte: Albuquerque e Garcia (2020, p. 78). Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração dividida em quatro partes, mostrando uma parede de tijolos apoiada sobre o solo, numa sequência de evolução do processo, da esquerda para a direita. Na primeira parte, é mostrado o berço de concreto sob a parede, em uma cavidade no solo. Na segunda parte, abaixo do berço, está um macaco hidráulico com uma pequena peça em estaca sendo inserida no solo e, na superfície do solo, em frente à parede, aparece uma bomba de óleo conectada, por meio de um fio, ao sistema. Na terceira parte, há duas peças acopladas e inseridas no solo, entre elas, uma peça indicada como “núcleo vazado”, para posterior solidarização. Na última parte, à direita, estão cinco peças acopladas inseridas no solo, com a indicação “núcleo armado e concretado” nesta composição. Dentre as vantagens desse tipo de estaca, podem ser citadas a ausência de vibrações, barulho ou incon- venientes decorrentes da geração e manejo de resíduos de escavação, além de toda estaca cravada por prensagem realizar uma prova de carga durante a sua execução, ajudando no controle de qualidade do estaqueamento (ALONSO, 2019). Como desvantagens, podem ser citadas o alto custo de realização e o longo período necessário para a execução (ALBUQUERQUE; GARCIA, 2020). 170 UNICESUMAR Estaca escavada, mecanicamente, sem fluido estabilizante Como o nome já diz, este tipo de estaca é executado por meio de escavação do terreno, utilizando um equipamento mecanizado que perfura o solo “com trado curto acoplado a uma haste até a profundi- dade especificada em projeto, devendo-se confirmar as características do solo através da comparação com a sondagem mais próxima” (ABNT, 2019, p. 69). Após o furo ser feito, procede-se à concretagem dele, as paredes do furo atuando como fôrmas para a estaca que está sendo confeccionada no local da obra, por isso, a classificação desse tipo como estaca moldada in loco ou estaca moldada in situ. Porém este tipo de estaca possui limitações bem definidas pela norma técnica de fundações (ABNT, 2019): • A sua profundidade é limitada ao nível do lençol freático (N.A.). • Só pode ser empregada onde o perfil do subsolo apresenta características de forma que o furo se mantenha estável, sem necessidade de revestimento ou uso de fluido estabilizante (lama bentonítica ou polímero). • A concretagem deve ser feita no mesmo dia da perfuração. • Não se deve executar, em intervalo inferior a 12h, estacas com espaçamento três vezes in- ferior ao maior diâmetro. Na tabela, a seguir, são apresentadas algumas cargas admissíveis, normalmente, usadas para seções transversais comuns de estacas escavadas, mecanicamente, sem fluido estabilizante. TIPO DE ESTACA SEÇÃO TRANSVERSAL Diâmetro (cm) CARGA DE CATÁLOGO Pe (kN)* COMPRIMENTO (m) Escavadas com trado mecânico sem fluido estabilizante se = 4,0 MPa 25 150 3 a 18 m (depende do equipamento) 30 280 40 500 50 780 60 1150 70 1540 80 2010 90 2550 100 3140 110 3800 120 4520 (*) Estes valores representam, apenas, uma ordem de grandeza. Recomenda-se consultar os catálogos técnicos das empresas executoras das estacas. se = Tensão Admissível do material da estaca. Tabela 4 - Valores orientativos de Carga de Catálogo para estacas escavadas, mecanicamente, sem fluido estabilizante Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). 171 UNIDADE 5 Essas estacas podem conter armadura em seu interior ou serem apenas de concreto, dependendo se o projeto prevê que estarão sujeitas a esforços de tração ou de flexão. “No caso de estacas submetidas a esforços de tração, horizontais ou momentos, a armadura projetada deve ser colocada no furo antes da concretagem” (ABNT, 2019, p. 69). Já nos casos em que as estacas não estarão sujeitas a tração ou a flexão, a única armadura presente é aquela de arranque, sem função estrutural e prevista na Tabela 4 da NBR 6122. Estas serão barras de aço sem estribos posicionadas após a concretagem no topo da estaca com parte para fora (arranque) que será o elemento de união com o Bloco de Coroamento. Estaca Strauss A estaca Strauss é do tipo moldada in loco que é, também, executada sem fluido es- tabilizante, mas utiliza tubos metálicos de revestimentos que auxiliam na escavação mecânica. O Manual de Execução de Fundações e Geotecnia (ABEF, 2016, p. 135) define as estacas Strauss como: “ Elementos de fundação profunda, escavados com o emprego de uma sonda ou piteira, cujo diâmetro é definido por uma camisa metálica recuperada, a qual, crava em toda a sua profundidade, garante a estabilidade da perfuração e as condições de concretagem, sem que ocorra mistura com o solo. A sua execução ocorre em duas fases distintas: Fase 1: perfuração e inserção total dos tubos Strauss no solo. Inicia pela formação de um pré-furo, por meio de percussão, utilizando o pilão ou a piteira, e posiciona- mento de tubo metálico de extremidade inferior dentada (coroa) com uma sonda em seu interior. A perfuração é realizada pela retirada de solo por sonda ou piteira, enquanto ocorre, simultaneamente, a introdução de tubos metálicos rosqueáveis entre si, até atingir a profundidade desejada (MAIA et al., 2019). Fase 2: lançamento do concreto no interior do tubo e retirada dos tubos Strauss. Concluída a perfuração, prossegue-se com a retirada de solo do interior dos tubos, por meio de água e sonda. O concreto é, então, lançado através de um funil, dentro do tubo de revestimento, até obter uma coluna de, aproximadamente, 1,0 m, que deve ser apiloado, simultaneamente, à retirada do tubo para aquela porção (ABNT, 2019). Este procedimento é repetido até que todo o furo tenha sido preenchido com concreto e todos os tubos Strauss, recuperados. 172 UNICESUMAR Na tabela, a seguir, são apresentadas algumas cargas admissíveis, normalmente, usadas para seções transversais comuns de estacas Strauss. TIPO DE ESTACA SEÇÃO TRANSVERSAL Diâmetro (cm) CARGA DE CATÁLOGO Pe (kN)* d (m) a (m) Strauss Φ 25 200 0,75 0,20 Φ 32 300 1,00 0,20 Φ 38 450 1,20 0,25 Φ 45 600 1,35 0,30 Φ 55 800 1,65 0,35 (*) Hoje em dia, costuma-se usar cargas maiores do que as indicadas na tabela. Por isso, recomenda-se consultar os catálogos técnicos das empresas executoras das estacas. (d) = Espaçamento mínimo entre eixos de estacas. (a) = Espaçamento mínimo entre eixo de estaca e divisa do terreno. Tabela 5 - Valores orientativos de Carga de Catálogo para estaca Strauss / Fonte: adaptada de Alonso (2019). A recomendação, ou não, de armadura segue o mesmo que as estacas, mecanicamente, escavadas, com a seguinte diferença: no caso de serem estacas Strauss armadas, o soquete utilizado para apiloar as camadas de concreto deve ter diâmetro menor do que o da armadura (ABNT, 2019). Dentre as principais vantagens das estacas Strauss, segundo Berberian (2010), estão: • Trepidação reduzida e pouca vibração para edificações ou prédios vizinhos. • Equipamento leve e econômico que permite facilidade de locomoção dentro da obra, execução de estacas próximas à divisa, em terrenos de pequenas dimensões e áreas construídas com pé direito reduzido. • Possibilidade de verificação, durante a perfuração, das camadas atravessadas e da presença de corpos estranhos no solo, matacões e outros, permitindo, antes da concretagem, mudança de realocação da estaca. • Possibilidade de execução das estacas com comprimento definido em projeto, permitindo cotas de arrasamento (topo) às estacas que sejam abaixo da superfície do terreno(N.T.). Não se recomenda o uso desse tipo de estaca nas situações em que, segundo Albuquerque e Garcia (2020), haja: • Impossibilidade de fazer o esgotamento da água do furo. • Solos que apresentem presença de argilas muito moles ou areias submersas. • Locais que apresentem dificuldades para manejar os resíduos em forma de lama da escavação. 173 UNIDADE 5 Estaca Franki As estacas Franki são caracterizadas por possuírem uma grande área de base, no formato de um bulbo de concreto, superfície lateral de seu fuste muito rugosa, solo ao redor, fortemente, com- primido e a possibilidade de atingir extensas profundidades. Este tipo de estaca é executado por meio de cravação à percussão, porém a sua confecção é moldada in loco. O Manual de Execução de Fundações e Geotecnia (ABEF, 2016) divide o procedimento de execução em cinco etapas: Etapa 1 – Montagem: posicionamento do tubo de revesti- mento de aço com um tampão de concreto seco ou brita e areia na extremidade inferior, chamado bucha. Etapa 2 – Cravação do tubo: utilizando um soquete dentro do tubo, a bucha é apiloada por golpes sucessivos de um pilão. Este procedimento faz com que o tubo de aço avance junto da bucha, em profundidade, pelo solo, até a profundidade prevista em projeto. Etapa 3 – Execução da base: atingida a profundidade de projeto, verificada por meio do relatório ou boletim de cravação (com valores de nega da cravação), levanta-se, ligeiramente, o tubo e a bucha é expulsa por golpes de pilão. Introduz-se, na base do tubo, mais concreto, em seguida, procede-se ao apiloa- mento do mesmo, a fim de formar a base alargada (bulbo) da estaca Franki. Etapa 4 – Preparação e colocação da armação: após a exe- cução da base alargada, desce-se a armação da estaca dentro do tubo até apoiá-la sobre a base. Etapa 5 – Concretagem do fuste: lança-se uma camada de pequeno volume de concreto seco (fator água/cimento = 0,36) dentro do tubo e da armação. Apiloa-se o material por meio de golpes do pilão inserido dentro da armação, ao mesmo tempo em que se retira parte do tubo. O processo é repetido até que todo o comprimento da estaca esteja preenchido e todo o tubo tenha sido recuperado. A figura, a seguir, ilustra as fases de execução da estaca Franki. 174 UNICESUMAR 1. Perfuração Marcação no cabo Bucha seca de brita e areia Orelha de arrancamento Tubo de revestimento Altura da bucha 3. Concretagem Cabo de arrancamento 2. Instalação da grade de �xação Brita e areia 4. Estaca pronta Altura de segurança Cota de arrasamento Fuste Base Figura 11 - Processo executivo da estaca Franki / Fonte: Albuquerque e Garcia (2020, p. 87). Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração que mostra a sequência de desenhos, da esquerda para a direita, de quatro etapas de execução da estaca do tipo Franki. Na etapa 1, há três desenhos mostran- do a inserção do tubo no solo e a formação do bulbo de brita e areia, na ponta do tubo. Na etapa 2, temos um desenho que apresenta a instalação da armadura ou grade. Na etapa 3, temos um desenho mostrando a concretagem do fuste da estaca e a retirada do tubo. Na etapa 4, está o desenho da estaca pronta com a sua base em forma de bulbo e a cota de arrasamento no nível do terreno. A norma técnica de fundações (ABNT, 2019) recomenda que as negas de cravação do tubo sejam medidas, em todas as estacas Franki, de duas maneiras: a) para 10 golpes de 1,0 m de altura de queda do pilão; b) para um golpe de 5,0 m de altura de queda do pilão. Na tabela, a seguir, são apresentadas algumas cargas admissíveis, normalmente, usadas para seções transversais comuns de estacas Franki. TIPO DE ESTACA SEÇÃO TRANSVERSAL Diâmetro (cm) CARGA DE CATÁLOGO Pe (kN)* d (m) a (m) Franki Φ 35 550 1,20 0,70 Φ 40 750 1,30 0,70 Φ 52 1300 1,50 0,80 Φ 60 1700 1,70 0,80 (*) Hoje em dia, costuma-se usar cargas maiores do que as indicadas na tabela. Por isso, recomenda-se consultar os catálogos técnicos das empresas executoras das estacas. (d) = Espaçamento mínimo entre eixos de estacas. (a) = Espaçamento mínimo entre eixo de estaca e divisa do terreno. Tabela 6 - Valores orientativos de Carga de Catálogo para estaca Franki / Fonte: adaptada de Alonso (2019). 175 UNIDADE 5 Podem ocorrer alguns acidentes durante a execução das estacas Franki, como: estrangulamento do fuste na concretagem através de solos muito moles; ruptura do fuste durante apiloamento do concreto (indicado pelo encurtamento da armação); ruptura por tração do concreto; perda de contato da base com o solo de apoio devido ao levantamento de estaca já executada (MAIA et al., 2019). Estaca raiz Fazendo parte do grupo de estacas injetadas, as estacas raiz são caracterizadas por seu uso frequente em obras nos centros urbanos onde existem diversas restrições, como: locais de difícil acesso, baixa tole- rância à vibração e ruídos (ALBUQUERQUE; GARCIA, 2020). Diferentemente da maioria das estacas moldadas in loco (com concreto), a raiz é composta por argamassa ou calda de cimento e armadura. Além desta característica, este tipo de estaca diferencia-se das demais por outras três razões impor- tantes, segundo Décourt, Albiero e Cintra (2019): • Possibilidade de serem executadas em posição inclinada, formando ângulos de 0 a 90 graus. • Possuem maior densidade de armadura do que as estacas de concreto armado, pois o seu pro- cesso de perfuração pode atingir extensas profundidades até a rocha ou solos de alta resistência e, por isso, em comparação com os demais tipos, o seu nível de carga transmitida ao solo por atrito lateral é maior. • A mesma carga de trabalho usada para o esforço de tração pode ser utilizada ao esforço de compressão ao qual a estaca raiz está sujeita, desde que esteja, adequadamente, armado, pois a sua carga admissível advém, principalmente, da parcela de atrito lateral. O procedimento de execução da estaca raiz é composto por quatro fases consecutivas: Fase 1 – Perfuração: “é executada por meio de perfuratriz rotativa ou rotopercussiva que desce o revestimento através de rotação com o uso de circulação direta de água injetada no seu interior” (ABNT, 2019, p. 74). Fase 2 – Instalação da armadura: terminada a fase de perfuração, “limpa-se internamente o furo através da utilização da composição de lavagem e posteriormente procede-se à descida da armadura [...] que é apoiada no fundo do furo” (ABNT, 2019, p. 75). Fase 3 – Preenchimento com argamassa: após a colocação da armadura, realiza-se o preenchimen- to “com argamassa mediante bomba de injeção, através de um tubo descido até a ponta da estaca. O preenchimento é feito de baixo para cima até a expulsão de toda a água” (ABNT, 2019, p. 75). Fase 4 – Remoção do revestimento e aplicação de golpes de ar comprimido: assim que o furo estiver, completamente, preenchido pela argamassa ou calda de cimento, “inicia-se a extração do revestimento. Periodicamente, coloca-se a cabeça de injeção no topo do revestimento e aplica-se pressão que pode ser de ar comprimido ou através da bomba de injeção de argamassa” (ABNT, 2019, p. 75). A Figura 12 ilustra o processo executivo da estaca raiz. 176 UNICESUMAR Figura 12 - Processo executivo da estaca raiz / Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração dividida em quatro partes. Elas mostram a inserção dos elementos de perfura- ção da estaca no solo, numa sequência de evolução de processo, da esquerda para a direita, em três etapas. As duas primeiras imagens mostram a etapa 1 de perfuração, com o equipamento mecânico de perfuração, a instalação dos macacos hidráulicos e as peças de per- furação inseridas no solo, em que a ponta delas indica a sapata de perfuração. A terceira imagem mostra a etapa 2, com a colocação da armadura e o enchimento, por meio de argamassa, em quase todo o fuste e, também, próximo ao topo do nível do terreno, vemos os tubos sendo retirados. A última imagem mostra a etapa 3, com a estaca pronta inseridano solo, à direita, e a armação, em trama, no seu meio. A aplicação desse tipo de estaca em obras geotécnicas é diversa: reforço de fundações; fundação de estruturas offshore e de máquinas; estabilização de encostas; paredes de contenção para proteção de escavações etc. (AL- BUQUERQUE; GARCIA, 2020). Pois estes tipos de obras apresentam características limitadoras, como espaço restrito para execução, ou necessidades diferenciadas, por exemplo, a confecção da estaca inclinada no solo. Na tabela, a seguir, são apresentadas algumas cargas admissíveis, normalmente, usadas para seções transversais comuns de estacas raiz. TIPO DE ESTACA SEÇÃO TRANSVERSAL Diâmetro (cm) CARGA DE CATÁLOGO Pe (kN)* COMPRIMENTO (m) Raiz 4f 16 5f 16 5f 20 8f 20 Variável 16 300 - - - 20 400 500 700 1100 25 600 650 800 1300 31 800 850 1000 1700 41 1200 1300 1450 1950 45 1400 1500 1650 (*) Estes valores representam, apenas, uma ordem de grandeza, recomenda-se consultar os catálogos técnicos das empresas executoras das estacas. Tabela 7 - Valores orientativos de Carga de Catálogo para estaca raiz / Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). 1 – Perfuração 2 – Colocação da armadura e enchimento do furo com argamassa. Extração dos tubos e injeção de ar comprimido. Solo Solo Solo Solo Cabeçote de ar comprimido Sapata de perfuração Macaco hidráulico Armadura Argamassa de cimento e areia Extração do tubo 3 – Estaca pronta Macaco hidráulico 177 UNIDADE 5 Estaca hollow auger Assim como as estacas raiz, a hollow auger di- ferencia-se da maioria das estacas moldadas in loco por utilizar, como material de moldagem, a argamassa. O seu processo executivo possui similaridades com as estacas hélice. Essa estaca recebe este nome, hollow auger (traduzido: broca oca), devido à ferramenta uti- lizada para a sua perfuração — uma broca com- posta por um tubo central oco, dotada de hélice dupla nas laterais, a qual garante a estabilidade dos furos (ALBUQUERQUE; GARCIA, 2020). Ela é moldada, in loco, por meio da injeção de argamassa, sob pressão, pela haste central da broca, simultaneamente, à sua retirada do solo. A introdução no terreno da broca rotativa, com formato específico, ocasiona o deslocamen- to do solo junto ao fuste e à ponta, não realizan- do retirada de solo do furo. A Figura 13 representa o detalhe esquemáti- co da introdução, nas camadas de solo, da broca hollow auger. Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração que mostra a inserção de uma broca larga e comprida perfurando duas camadas diferentes do solo. Nas laterais do espaço ocu- pado pela broca e, também, na base, há flechas indicando a direção de deslocamento do solo. Nível do Terreno Figura 13 - Detalhe esquemático da perfuração por broca hol- low auger / Fonte: a autora. O procedimento de execução dessa estaca é simples e contém, apenas, três fases (ABEF, 2016): Fase 1 – Perfuração do terreno com a broca oca: operação contínua de perfuração por rotação, sem retirada da broca do solo, até alcançar a profundidade prevista em projeto. Fase 2 – Injeção de argamassa simultânea à extração da broca oca do terreno: bombeamento de argamassa pelo tubo central da broca, fazendo o preenchimento do furo deixado pela ferramenta que é extraída do solo por rotação. Esta retirada da broca não leva consigo o material do terreno, pois o formato da ferramenta promove o deslocamento do solo durante a sua perfuração, não necessitando de limpeza ou manejo dos resíduos de escavação. Fase 3 – Colocação de armadura: depois da completa injeção de argamassa do furo realizado pela broca oca, é inserida a armadura da estaca enquanto o material ainda está fresco. A armação é intro- duzida utilizando a própria força da gravidade ou com auxílio de pilão pequeno, que “aperta” a gaiola de aço no furo preenchido com argamassa. A Figura 14 ilustra as etapas de execução dessa estaca: 178 UNICESUMAR Figura 14 - Etapas de execução da estaca hollow auger / Fonte: a autora. Descrição da Imagem: a imagem apresenta uma ilustração dividida em três partes, cada uma mostrando a evolução do processo, da esquerda para a direita. A primeira parte, indicada como “perfuração”, mostra a in- serção da broca larga e comprida perfurando duas camadas diferentes do solo com flechas que indicam o solo deslocado. A segunda parte, identificada como “injeção de argamassa”, mostra a broca sendo retirada e metade do espaço deixado por ela, preenchido. A terceira parte, identificada como “colocação da armadura”, mostra todo o espaço no solo deixado pela broca, agora, preenchido por argamassa, e uma trama comprida sendo inserida neste mesmo espaço. PERFURAÇÃO INJEÇÃO DEARGAMASSA COLOCAÇÃO DA ARMADURA Nível do Terreno Podem ser apontados como vantagens no procedimento de execução da estaca hollow auger: • Pode ser executada abaixo do nível do lençol freático (N.A.). • Elevada produtividade com, apenas, uma equipe de trabalho: podem ser reali- zadas perfurações diárias na ordem de centenas de metros por dia, dependendo das condições do projeto. • Adaptabilidade para terrenos em condições difíceis: é empregada em locais de difícil acesso ou com características especiais, sobretudo, em áreas contaminadas. • Ausência de vibrações ou ruídos: diferentemente da maioria dos equipamentos típicos de percussão. • Não produz detritos poluentes de escavação, como no caso da lama bentonítica, que necessita de disposição final adequada. • Não necessita de manejo de solo: pelo fato de a broca oca realizar a compres- são das paredes do furo durante a escavação, nenhum material é extraído da perfuração, dessa forma, não precisa de remoção e limpeza de terra, em obra. • Profundidade variável: a broca é composta de segmentos rosqueáveis entre si, permitindo que se acoplem durante a perfuração, para compor uma haste mais longa, não havendo limitação por comprimento da ferramenta. 179 UNIDADE 5 Essa estaca, porém, apresenta, também, algumas desvantagens em seu procedimento, assim como no caso das estacas hélice: • Central de produção de argamassa nas proximidades: a sua intensa produti- vidade exige que o fornecimento seja constante e sem interrupção durante os trabalhos, pois a broca oca não pode ser retirada do terreno antes do preen- chimento da cavidade. • Custo-benefício específico: para ser uma alternativa viável de fundação, é necessário um número mínimo de estacas ou de comprimento total de perfu- ração para que os custos de mobilização de equipamentos sejam compatíveis. Na tabela, a seguir, são apresentadas algumas cargas admissíveis, normalmente, usadas para seções transversais comuns de estacas hollow auger. TIPO DE ESTACA SEÇÃO TRANSVERSAL Diâmetro (cm) CARGA DE CATÁLOGO Pe (kN)* COMPRIMENTO (m) Hollow auger 25 600 Variável 31 900 41 1100 50 1500 (*) Estes valores representam, apenas, uma ordem de grandeza, recomenda-se consultar os catálogos técnicos das empresas executoras das estacas. Tabela 8 - Valores orientativos de Carga de Catálogo para estaca hollow auger. Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). Estaca escavada com fluido estabilizante Esse tipo de estaca é moldado in loco e realiza escavação do terreno por meio de um fluido que promove estabilidade para as paredes do furo. Ela pode apresentar seção transversal circular com diâmetro variando de 0,6 m a 2,0 m, recebendo o nome de estacão (BERBERIAN, 2010). Quando as suas seções são retangulares ou alongadas, é chamada barrete, e a sua escavação utiliza ferramentas denominadas clamshells. A sua execução passa por fases bem definidas: Fase 1 – Escavação e preenchimento com fluido estabilizante: inicia com a cra- vação de uma camisa metálica ou execução de uma mureta-guia para direcionar a ferramenta que fará a escavação da estaca. “A escavação da estaca é feita simultanea- mente ao lançamento do fluido” (ABNT, 2019, p. 72), promovendo a estabilização das paredes do furo por meio do preenchimento do mesmo no lugar do solo retirado.Fase 2 – Colocação da armadura: após a escavação atingir a profundidade prevista em projeto, estando o furo, completamente, preenchido com o fluido estabilizante, “é feita a colocação da armadura de projeto” (ABNT, 2019, p. 73). 180 UNICESUMAR Fase 3 – Concretagem: sendo pouco ortodoxa, o lançamento de concreto é feito de forma submersa e investida, iniciando na base do furo e subindo. “O concreto expulsa o fluido à medida que avança no interior da perfuração, de baixo para cima ” (ALBUQUERQUE; GARCIA, 2020, p. 207). O fluido utilizado na estabilização do furo pode ser lama bentonítica ou polímero. A lama é o fluido mais utilizado nos procedimentos de fundações e consiste numa mistura de água e bentonita (argila) que forma uma substância coloidal. Esta, por sua vez, promove a contenção do fundo e das paredes do furo (MAIA et al., 2019); a estabilidade é garantida pela não decantação dos resíduos da escavação dentro da lama bentonítica, ao mesmo tempo em que forma uma película protetora sobre a superfície porosa do furo (cake). A norma técnica de fundações fixa os limites de características para a lama ben- tonítica, como pode ser visto na tabela, a seguir. PROPRIEDADES VALORES EQUIPAMENTOS PARA ENSAIO Densidade 1,025 g/cm³ a 1,10 g/cm³ Densímetro Viscosidade 30s a 90s Funil Marsh pH 7 a 11 Indicador de pH Teor de areia Até 3% Baroid sand content ou similar Tabela 9 - Características da lama bentonítica pela norma NBR 6122 / Fonte: adaptada de ABNT (2019). Caso seja utilizado um polímero, este deve ser preparado segundo as características indicadas na tabela, a seguir. PROPRIEDADES VALORES EQUIPAMENTOS PARA ENSAIO Densidade 1,005 g/cm³ a 1,05 g/cm³ Densímetro Viscosidade 35s a 120s Funil Marsh pH 8 a 12 Indicador de pH Teor de areia Até 3% Baroid sand content ou similar Tabela 10 - Características da fluido estabilizante polímero pela norma NBR 6122 Fonte: adaptada de ABNT (2019). 181 UNIDADE 5 Na tabela, a seguir, são apresentadas algumas cargas admissíveis, normalmente, usadas para seções transversais comuns de estacas escavadas com fluido estabilizante. TIPO DE ESTACA SEÇÃO TRANSVERSAL Diâmetro (cm) CARGA DE CATÁLOGO Pe (kN)* COMPRIMENTO (m) Escavada com fluido estabilizante se (MPa) Equipamentos especiais com profundidades de 60 a 100 m 3,5 4,0 4,5 5,0 60 1000 1100 1250 1400 70 1350 1500 1700 1900 80 1750 2000 2250 2500 90 2200 2550 2850 3150 100 2750 3100 3500 3900 110 3300 3800 4300 4750 120 3950 4500 5050 5650 130 4600 5300 6000 6600 140 5400 6150 6900 7700 150 6200 7100 8000 8850 160 7000 8000 9000 10.000 (*) Estes valores representam, apenas, uma ordem de grandeza, recomenda-se consultar os catálogos técnicos das empresas executoras das estacas. se = Tensão Admissível do material da estaca. Tabela 11 - Valores orientativos de Carga de Catálogo para estaca escavada com fluido estabilizante. Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). Esse tipo de estaca possui fatores que podem afetar a sua escavação, segundo Maia et al. (2019): • Condições do subsolo: com ocorrência de matacões, solos muito permeáveis, camadas duras e outros. • Lençol freático: quando próximo da superfície, dificulta a escavação. • Opção por lama bentonítica ou polímero. • Equipamentos de escavação e plataforma de trabalho: o estado de conservação interfere na produtividade da escavação. • Uso de armaduras autoportantes. 182 UNICESUMAR Estaca hélice contínua monitorada Essa estaca recebe este nome devido à ferramenta utilizada para a sua perfuração — uma broca composta por um tubo central oco com hastes laterais helicoidais contínuas, a hélice contínua. Ela é moldada, in loco, por meio da injeção de concreto, sob pressão, pela haste central da broca, simultaneamente, à sua retirada do solo (BERBERIAN, 2010). A sua nomenclatura, “monitorada”, advém do controle do pro- cesso executivo que é regulado pela norma técnica de fundações em seu anexo, o qual trata, especificamente, dessa estaca: “Todas as fases de execução da estaca devem ser monitoradas eletronicamente a partir de sensores instalados na perfuratriz” (ABNT, 2019, p. 92) e fornece dados da estaca, tais como: profundidade da ponta da hélice em relação ao nível do terreno; velocidade de rotação; tor- que; inclinação da torre; pressão do concreto; volume acumulado de concreto desde o início da concretagem; Sobreconsumo Parcial (CP) e Total (CT). O procedimento de execução da estaca hélice contínua monito- rada é simples e contém, apenas, três fases (ALONSO, 2019): Fase1 – Perfuração do terreno com a hélice: operação contínua de perfuração por rotação, sem retirada da broca helicoidal (hélice) do solo, até alcançar a profundidade prevista em projeto. Fase 2 – Concretagem simultânea à extração da hélice do terreno: bombeamento de concreto pelo tubo central da hélice, fazendo o preenchimento do furo deixado pela ferramenta, que é extraída do solo sem girar ou com giro lento no mesmo sentido da perfuração. Esta retirada da hélice leva consigo o material do solo que estava contido no terreno, necessitando de limpeza da ferramenta, enquanto ela é extraída do terreno, e, também, manejo dos resíduos de escavação. Fase 3 – Colocação de armadura: depois da completa concreta- gem do furo realizado pela hélice, é inserida a armadura da estaca enquanto o concreto ainda está fresco. A armação é introduzida utilizando a própria força da gravidade ou com auxílio de pilão pe- queno, que “aperta” a gaiola de aço no furo preenchido com concreto. 183 UNIDADE 5 A Figura 15 ilustra as etapas de execução de uma estaca hélice contínua. PERFURAÇÃO COLOCAÇÃO DA ARMADURA CONCRETAGEM Nível do Terreno Figura 15 - Etapas de execução da estaca hélice contínua monitorada / Fonte: a autora. Descrição da Imagem: a imagem apresenta uma ilustração dividida em três partes, mostrando a evolução do processo, da esquerda para a direita. A primeira parte, indicada como “perfuração”, mostra a inserção da broca helicoidal comprida perfurando duas camadas diferentes do solo, enquanto flechas indicam o sentido da perfu- ração para baixo. A segunda parte, identificada como “concretagem”, mostra a broca sendo retirada e metade do espaço deixado por ela preenchido, pequenos montes são indicados como “solo retirado”, ao lado da broca, acima do nível do terreno. A terceira parte, identificada como “colocação” da armadura, mostra todo o espaço no solo deixado pela broca, agora, preenchido por concreto e, também, uma trama comprida sendo inserida nesse mesmo espaço. O método de inserir a armadura na estaca, após a concretagem, pode ser complexo, pois o concreto fresco oferece resistência para inserir elementos em seu interior. As armaduras para estacas do tipo hélice contínua precisam garantir o posicionamen- to retilíneo da armadura conforme o projeto, mes- mo a muitos metros de profundidade. Pensando nisso, confira a Pílula de Aprendizagem, em que é apresentada a realização, na prática, desta inser- ção da armadura, garantindo o posicionamento dentro do concreto. Acesse o vídeo explicativo para ver esta demonstração! https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/9921 184 UNICESUMAR Podem ser apontados como vantagens no procedimento de execução da estaca hélice contínua (BERBERIAN, 2010): • Pode ser executada abaixo do nível do lençol freático (N.A.). • Elevada produtividade: com, apenas, uma equipe de trabalho, podem ser rea- lizadas perfurações diárias na ordem de 150 m a 400 m por dia, dependendo das condições do projeto. • Adaptabilidade para a maioria dos terrenos: exceto aqueles com presença de matacões e rochas. • Ausência de vibrações ou ruídos: diferentemente da maioria dos equipamentos típicos de percussão. • Não gera distúrbios ou descompressão das camadas do terreno. • Não produz detritos poluentes de escavação, como no caso da lama bentonítica, que necessita de disposição final adequada. Essa estaca, no entanto, possui algumas desvantagens em seu procedimento,como são apontadas por Maia et al. (2019): • Terreno adequado para o equipamento: devido ao porte, necessita de área plana e de fácil movimentação em obra. • Central de concreto nas proximidades: a sua intensa produtividade exige que o fornecimento seja constante e sem interrupção durante os trabalhos. • Constante manejo de solo: o material extraído da perfuração acumula-se, rapidamente, no local de execução de cada estaca, necessitando remoção e limpeza imediata de grande volume de terra, constantemente, em obra. • Custo-benefício específico: para ser uma alternativa viável de fundação, é ne- cessário um número mínimo de estacas, a fim de que os custos de mobilização de equipamentos sejam compatíveis. • Profundidade limitada ao alcance da broca perfuradora: geralmente, com comprimento de 20 m a 24 m. Ao procurar formas de contornar a desvantagem de alcance máximo da estaca hélice contínua, é possível encontrar, no mercado, empresas que executem a estaca hélice por meio de uma ferramenta segmentada. Nomeada como hélice seg- mentada monitorada, esta estaca possui execução nas mesmas etapas da hélice contínua monitorada, com a diferença de que o equipamento utilizado permite acoplar segmentos de broca hélice durante a escavação do solo e desacoplá-los na concretagem (MAIA et al., 2019). Isso permite alcançar maiores profundidades nesse tipo de estaca. Na tabela, a seguir, são apresentadas algumas cargas admissíveis, normalmente, usadas para seções transversais comuns de estacas hélice contínua. 185 UNIDADE 5 TIPO DE ESTACA SEÇÃO TRANSVERSAL Diâmetro (cm) CARGA DE CATÁLOGO Pe (kN)* COMPRIMENTO (m) Hélice contínua 30 150-300 Máximo 38m 40 350-600 50 700-1100 60 1200-1400 70 1500-1900 80 2000-2500 90 2600-3200 100 3300-3900 120 4800-5600 (*) Estes valores representam, apenas, uma ordem de grandeza, recomenda-se consultar os catálogos técnicos das empresas executoras das estacas. Tabela 12 - Valores orientativos de Carga de Catálogo para estaca hélice contínua / Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). Nível do TerrenoEstaca hélice de deslocamento monitorada (ômega) Esse tipo de estaca possui similaridades com a estaca hélice contínua monitorada, porém apre- senta melhoramentos em sua operação e, também, no resultado final, que a colocam em vantagem quando ambas são comparadas. A estaca hélice de deslocamento monitorada, também, referida, no meio executivo, como estaca ômega, é execu- tada com a introdução, no terreno, de um trado rotativo (trado ômega) cujo formato ocasiona o deslocamento do solo junto ao fuste e à ponta, não realizando retirada de solo do furo (ABNT, 2019). A Figura 16 representa o detalhe esquemático da introdução do trado ômega nas camadas de solo. Os procedimentos e deslocamento de solo, na exe- cução das estacas hollow auger e ômega, são muito semelhantes, a ponto de diversos locais colocarem am- bas as estacas como sendo as mesmas, porém, com no- menclaturas diferentes. Entretanto é preciso se atentar para as diferenças entre elas, por exemplo, o material que compõe cada uma (argamassa ou concreto) e, tam- bém, o tipo de ferramenta utilizado (broca ou trado). Figura 16 - Detalhe esquemático da perfuração por trado ômega Fonte: a autora. Descrição da Imagem: a imagem apresenta uma ilustração mostrando a inserção de um trado largo e de formato de pi- teira perfurando duas camadas diferentes do solo. Nas laterais do espaço perfurado pelo trado e, também, na base, flechas indicam a direção de deslocamento do solo. 186 UNICESUMAR Assim como na hélice contínua, a nomenclatura “monitorada” advém do controle do processo realizado por monitoramento eletrônico de todas as fases da execução, a partir de sensores instalados na perfuratriz, os quais fornecem dados específicos da estaca (ABNT, 2019). O procedimento de execução da estaca hélice de deslocamento monitorada, ou, ômega, é simples e contém, apenas, três fases (ALBUQUERQUE; GARCIA, 2020): Fase 1 – Perfuração do terreno com o trado ômega: operação contínua de perfuração por rotação, sem retirada do trado helicoidal (hélice ômega) do solo até alcançar a profundidade prevista em projeto. Fase 2 – Concretagem simultânea à extração da hélice ômega do terreno: bombeamento de concreto pelo tubo central da hélice, fazendo o preenchimento do furo deixado pela ferramenta, que é extraída do solo, por rotação, no mesmo sentido da perfuração. Esta retirada da hélice ômega não leva consigo o material do terreno, pois promove o deslocamento do solo durante a sua perfuração, não necessitando de limpeza da ferramenta ou manejo dos resíduos de escavação. Fase 3 – Colocação de armadura: depois da completa concretagem do furo realizado pela hélice, é inserida a armadura da estaca enquanto o concreto ainda está fresco. A armação é introduzida uti- lizando a própria força da gravidade ou com auxílio de pilão pequeno, que “aperta” a gaiola de aço no furo preenchido com concreto. A Figura 17 ilustra as etapas de execução dessa estaca. PERFURAÇÃO COLOCAÇÃO DA ARMADURA CONCRETAGEM Nível do Terreno Figura 17 - Etapas de execução da estaca hélice de deslocamento monitorada (estaca ômega) / Fonte: a autora. Descrição da Imagem: a imagem apresenta uma ilustração dividida em três partes, mostrando a evolução do processo, da esquerda para a direita. A primeira parte, identificada como “perfuração”, mostra a inserção do trado ômega perfurando duas camadas diferentes do solo e flechas indicando o sentido da perfuração para baixo e, também, o deslocamento do solo nas laterais e no chamado “solo 2”. A segunda parte, identificada como “concretagem”, mostra o trado sendo retirado e metade do espaço preenchido. A terceira parte, identi- ficada como “colocação da armadura”, mostra todo o espaço no solo deixado pelo trado, agora, preenchido por concreto e, também, uma trama comprida sendo inserida nesse mesmo espaço. 187 UNIDADE 5 Na tabela, a seguir, são apresentadas algumas cargas admissíveis, normalmente, usadas para seções transversais comuns de estacas hélice de deslocamento ou ômega. TIPO DE ESTACA SEÇÃO TRANSVERSAL Diâmetro (cm) CARGA DE CATÁLOGO Pe (kN)* COMPRIMENTO (m) Hélice de deslocamento (ômega) 27 340 28 m 32 480 37 650 42 830 47 1040 (*) Estes valores representam, apenas, uma ordem de grandeza, recomenda-se consultar os catálogos técnicos das empresas executoras das estacas. Tabela 13 - Valores orientativos de Carga de Catálogo para estaca hélice de deslocamento (ômega) Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). Podem ser apontadas como vantagens no procedimento de execução da estaca hélice de deslocamento: • Pode ser executada abaixo do nível do lençol freático (N.A.). • Elevada produtividade: com, apenas, uma equipe de trabalho, podem ser realizadas perfura- ções diárias na ordem de centenas de metros por dia, dependendo das condições do projeto. • Adaptabilidade para a maioria dos terrenos: exceto aqueles com presença de matacões e rochas. • Ausência de vibrações ou ruídos: diferentemente da maioria dos equipamentos típicos de percussão. • Não produz detritos poluentes de escavação: como no caso da lama bentonítica, que ne- cessita de disposição final adequada. • Não necessita de manejo de solo: pelo fato de o trado ômega realizar a compressão das pa- redes do furo durante a escavação, nenhum material é extraído da perfuração, dessa forma, não precisa de remoção e limpeza de terra, em obra. Essa estaca possui algumas desvantagens em seu procedimento, assim como no caso da hélice contínua: • Terreno adequado para o equipamento: devido ao porte, necessita de área plana e de fácil movimentação em obra. • Central de concreto nas proximidades: a sua intensa produtividade exige que o fornecimento seja constante e sem interrupção durante os trabalhos. • Custo-benefício específico: para ser uma alternativa viável de fundação, é necessário um número mínimo de estacas, a fim de que os custos de mobilização de equipamentossejam compatíveis. • Profundidade limitada ao alcance do trado da perfuratriz: geralmente, com comprimento até 28 m. 188 UNICESUMAR Quando temos uma obra convencional, sem grandes esforços de carga a se distribuir e um terreno cuja resistência superficial do solo é alta, não existem muitas dificuldades em pro- por uma solução econômica de fundação, mas quando temos edificações de grande porte, como prédios, galpões, fábricas, torres ou edifícios de formatos inovadores de arquitetura ou obras de reformas que devem ser construídos em terreno de área limitada, com solo de pouca resistência ou composto por camadas de aterro, lençol freá- tico próximo da superfície, localização distante ou no meio de grandes centros urbanos, enfim, condições adversas que não permitem escolher uma fundação convencional simples, nestes ca- sos, é exigido do(a) profissional de Engenharia conhecimento amplo das opções de fundações que podem ser utilizadas, principalmente, dos tipos de estacas existentes, como elas são execu- tadas e transmitem esforços ao solo. Profissionais de Engenharia que dominam o conhecimento de fundações se destacam e saem na frente no mercado da construção civil, como mão de obra técnica especializada, principal- mente, das fundações profundas que são a base das grandes obras de Engenharia. Existem diver- sos métodos, formas e materiais de fundações em estacas que podem ser projetados como sistema de transmissão de cargas das edificações ao solo, porém conhecer as características principais de execução e projeto daquelas que são mais utili- zadas permite engenheiras e engenheiros pro- porem soluções mais assertivas, econômicas e adequadas à situação da obra. 189 Passamos, nesta unidade, por uma quantidade considerável de informações sobre tipos de esta- cas, as suas classificações, os seus materiais e processos de execução, agora, realizaremos uma atividade de “Arquivologia Mental” sobre o que aprendemos. A seguir, estão listados os nomes dos tipos de estacas que abordamos, em detalhes, nesta unidade. A sua tarefa será escrever o nome delas dentro das caixas de classificação existentes para esses tipos de estaca. É possível que você anote o mesmo nome em diferentes categorias de classifi- cação, tenha atenção, somente, para não colocar a mesma estaca em classificações conflitantes. Madeira Metálica Raiz Strauss Escavada, mecanicamente, sem fluido estabilizante Escavada, mecanicamente, com fluido estabilizante Pré-moldada de concreto Hélice de deslocamento ou ômega Franki Hollow auger Hélice contínua Prensada ou mega CLASSE DA ESTACA NOME DAS ESTACAS Moldadas in loco Pré-moldadas Cravadas Escavadas Prensadas De deslocamento De substituição Sem deslocamento 190 1. Um dos fatores fundamentais que devem ser considerados na determinação do tipo de estaca a ser adotado para uma estrutura é a durabilidade em longo prazo. Dentre as opções de estacas pré-moldadas, disponíveis no mercado, existe um tipo com duração, praticamente, ilimitada, quando mantido, permanentemente, submerso, mas, ao ser submetido à variação de nível d’água, se desintegra pela ação de fungos aeróbios que se desenvolvem no ambiente água-ar. Em relação ao nome da estaca cujo enunciado faz referência, assinale a alternativa correta: a) Pré-moldadas de concreto (armado ou protendido). b) Pré-moldadas de argamassa armada. c) Cravadas à reação. d) De madeira. e) Metálicas. 2. Estacas cravadas com grande deslocamento são aquelas introduzidas no solo sem a retirada desse, provocando muito deslocamento do solo adjacente à estaca. Esta possui grande área da base, superfície lateral muito rugosa e terreno, fortemente, comprimido ao redor da fundação, pois, durante a cravação, sob os golpes do pilão, o tubo metálico penetra no solo e gera muitas vibrações, podendo causar danos a edifi- cações vizinhas. Em relação ao nome da estaca cujo enunciado faz referência, assinale a alternativa correta: a) Pré-moldadas de concreto (armado ou protendido). b) Prensadas ou mega. c) Metálicas (tubo de ponta fechada). d) De madeira. e) Franki. 3. A aplicação inicial destas estacas foi para o reforço de fundações antigas, as quais o acesso era restrito a equipamentos de grande porte. A execução compreende, funda- mentalmente, quatro fases: perfuração auxiliada por circulação de água; instalação da armadura; preenchimento com argamassa; remoção do revestimento e aplicação de golpes de ar comprimido. Em relação ao nome da estaca cujo enunciado faz referência, assinale a alternativa correta: a) Hollow auger. b) Hélice contínua. c) Raiz. d) Strauss. e) Ômega. 191 192 6 Nesta sexta unidade do livro, continuaremos a explorar as funda- ções indiretas profundas que executamos em nossas edificações, as estacas. Serão exploradas as principais teorias e métodos de cálculo para a Capacidade de Carga bem como os parâmetros de projeto da fundação em estacas. Fundações Indiretas Profundas II Esp. Aline Cristina Souza dos Santos 194 UNICESUMAR Imagine a seguinte situação: você acaba de chegar para uma reunião de equipe da construtora onde trabalha e descobre que o próximo pro- jeto a ser assumido engloba o segundo edifício mais alto da capital. Será uma obra de grande porte, apoiada sobre um terreno limitado no cen- tro da cidade. As condições de resistência do solo, na su- perfície, não são das melho- res, porém os demais prédios construídos, ao redor, não ti- veram problemas em adotar uma solução de fundações em estacas. Se fosse dado a você o trabalho de projetar a funda- ção desta edificação, por onde começaria? Este foi o desafio que as equipes de projetistas res- ponsáveis pelo Empresarial Charles Darwin, localizado num dos maiores centros de negócios do Nordeste brasi- leiro, em Recife-PE, tiveram de lidar ao planejar as funda- ções desta edificação de 138 metros de altura e 37 anda- res. A figura, a seguir, mostra a vista da localização do prédio: Figura 1 - Vista do Edifício Empresarial Charles Darwin, no centro de Recife-PE Fonte: Web Escritórios ([2021], on-line)1. Descrição da Imagem: a figura mostra a fotografia de uma paisagem urbana com o céu cheio de nuvens brancas e, na porção inferior horizontal da foto, estão os prédios, alinhados. É possível ver a torre do Edifício Empresarial Charles Darwin em primeiro plano, na parte central da imagem, destacando-se como o edifício mais alto da paisagem. 195 UNIDADE 6 A região metropolitana da capital pernambucana passa por um processo de verticalização que concentra, nas proximidades da orla marítima, a construção de edificações altas (WANDERLEY, 2015, on-line). Porém, para garantir que elas permaneçam estáveis, é preciso projetar, muito bem, as suas fundações, garantindo que estejam apoiadas sobre uma camada resistente de solo, como visto nas unidades anteriores. Queremos, sempre, evitar a repetição dos erros de projeto ocorri- dos nos edifícios em Santos-SP. É de conhecimento público, na área da construção civil, o caso dos problemas de fundação dos prédios na orla marítima santista, problemas estes responsáveis pela inclinação desses edifícios, devido ao mau dimensionamento. As fundações em estacas (de vários tipos e técnicas de execução), construídas na época de intensa urbanização da cidade, foram planejadas a fim de se apoiarem em camadas do solo que não tinham condições geotécnicas para suporte estável, um problema identificado, somente, alguns anos depois, por causa da inclinação gradativa das edificações. Os prédios inclinados de Santos-SP são exemplos de aprendizado da Engenharia de Fundações para entender que a escolha de um tipo de fundação, mesmo em estaca, deve estar alinhada com as características geotécnicas do solo, caso contrário, corre-se o risco de ter muitos problemas. Agora, realizaremos um breve experimento de sustentação pa- recido com o que ocorre nas fundações em estaca dos edifícios e prédios, utilizando um processode tentativa e erro. Não desanime se não conseguir equilibrar, corretamente, da primeira vez, realize novas tentativas, com outras configurações, até atingir o objetivo. Você separará cinco canudos de plástico ou de papel, de igual comprimento, uma calculadora plana de qualquer tamanho e um instrumento de medição (régua ou trena). Munido(a) destes ele- mentos e de seu material de anotação (caderno, canetas etc., pode utilizar, também, o Diário de Bordo), busque um local, no terreno próximo de sua casa, que contenha solo solto (sem compactação) e descoberto (sem grama ou plantas na superfície). O seu objetivo é descobrir a quantos centímetros os cinco canudos devem ser inseridos, no solo, até que o conjunto possa sustentar o peso da calculadora apoiada sobre eles, sem que haja queda ou inclinação por causa do recalque. Anote quantos centímetros de canudo foram necessários penetrar no solo até oferecer sustentação à calculadora. 196 UNICESUMAR Agora, repita o experimento, utilizando, no lugar dos canudos, lápis com ponta e do mesmo tipo (todos redondos ou todos de seção poligonal). Anote quantos centímetros de lápis foram necessários penetrar no solo até a sustentação da calculadora. Com a ajuda de uma balança simples, determine o peso total da calculadora, em gramas, e calcule o quanto de carga cada estaca teve que suportar. Lembrando que você deve trabalhar com o solo nas condições em que ele se encontra (solto e natural), não utilize nenhum tipo de técnica para compactar o material que está ao redor dos elementos inseridos. Caso uma tentativa tenha desagregado ou remexido, demais, o solo para teste, busque uma região do terreno a qual não tenha sido, ainda, utilizada no experimento e que atenda às condições iniciais. Esse experimento simula a situação de uma fundação em estacas para um pilar da construção, no qual os canudos ou lápis inseridos, no solo, desempenham a função das estacas, e a calculadora, a fun- ção do bloco de coroamento distribuindo a carga do pilar. Dentro do que você observou, realizando o experimento, faça uma reflexão comparando a Capacidade de Carga do conjunto de canudos com o conjunto de lápis: Qual deles precisou de mais centímetros de inserção no solo até apresentar firmeza para apoiar a calculadora? Sabendo que ambos os materiais terão de suportar o mesmo peso, qual tipo de “estaca” é mais resis- tente: canudo ou lápis? Como você determina isso, por meio dos números do experimento? Se tivesse que escolher um destes “tipos de estacas” para a sua obra, qual delas seria? Por quê? No Diário de Bordo, a seguir, use o espaço para registrar o seu esquema de apoio do experimento e anote: as medidas de inserção para cada tipo de “estaqueamento” (canudos e lápis) do experimento; a carga total do “bloco de coroamento” (calculadora); a carga que cada “estaca” teve de suportar; as suas considerações às questões de reflexão levantadas no parágrafo anterior. DIÁRIO DE BORDO 197 UNIDADE 6 Uma estaca inserida em solo apresenta duas resistências à ruptura: a Resistência Estrutural, que é função da sua geometria e das propriedades do material de composição (madeira, aço, concreto arma- do, protendido etc.) e consiste no valor de resistência à compressão da própria estaca ou o valor que representa a carga de ruptura desse elemento (ALBUQUERQUE; GARCIA, 2020); e a Capacidade de Carga do elemento de fundação por estaca, o qual é o valor da força máxima de resistência que o sistema estaca-solo pode oferecer, em termos geotécnicos, ou o valor que representa a carga de ruptura desse sistema (VELLOSO; LOPES, 2012). As diferenças entre essas duas resistências são apresentadas no quadro, a seguir: RE SI ST ÊN CI A D A ES TA CA IS O LA D A ORIGEM FORMA DE RUPTURA SÍ M BO LO S DETERMINAÇÃO RE SI ST ÊN CI A ES TR U TU RA L Elemento Estrutural: a estaca em si. É função da seção transversal e do tipo de estaca. Deformação do material componente da estaca por esmagamento, flambagem, cisalhamento, rompimento, quebra ou outros. Re Pe Métodos de cálculo de resistência do material disposto em normas específicas de acordo com o material componente (Madeira=NBR7190; Aço=NBR8800; Concreto=NBR6118) ou as informações de catálogo do fabricante ou executor da estaca. CA PA CI D AD E D E CA RG A Elemento Geotécnico: o sistema estaca- solo. É função da interação entre a estaca e o solo no qual está inserida. Sem qualquer relação com despedaçar ou quebrar a estaca. O que ocorre é o recalque incessante da estaca, o qual só é interrompido se diminuirmos a carga aplicada. PR PR Pu Qu Pult Métodos de cálculo de Carga Admissível ou Resistência Admissível para fundações profundas por estacas segundo a NBR6122. Quadro 1 - Diferenças entre tipos de resistências de estacas isoladas / Fonte: a autora. A Capacidade de Carga de fundações profundas por estacas “deve ser determinada a partir da utilização e interpretação de um ou mais procedimentos” (ABNT, 2019, p. 4), que são: • Métodos estáticos: quando se baseiam nas teorias desenvolvidas dentro da Mecânica dos Solos, são chamados de Métodos Teóricos, quando se baseiam em correlações com Ensaios de Campo, são chamados de Métodos Semiempíricos. • Métodos dinâmicos: estimativa da carga de fundações profundas que se baseiam na previsão e/ou verificação do comportamento das estacas sob ação de carregamento dinâmico, de acordo com a NBR13208: Estacas – Ensaios de carregamento dinâmico (ABNT, 2007). • Provas de carga: determinação da carga de ruptura, por meio de ensaio de prova de carga estática em fundações profundas, de acordo com a NBR16903: Solo – Prova de Carga Estática em Fundação Profunda (ABNT, 2020). 198 UNICESUMAR Para Alonso (2019), os métodos teóricos para estimar a Capacidade de Carga de uma estaca não conduzem a resultados satisfatórios, pelo fato de apresentarem alguns fatores problemáticos em sua concepção, os quais são: “ 1. Impossibilidade prática de conhecer, com certeza, o estado de tensões do terreno em repouso e estabelecer com precisão as con- dições de drenagem que definem o comportamento de cada uma das camadas que compõem o perfil atravessado pela estaca e aquela do solo onde se apoia sua ponta. 2. A dificuldade que existe para determinar com exatidão a re- sistência ao cisalhamento dos solos que interessam a fundação. 3. A influência que o método executivo da estaca exerce sobre o estado de solicitação e sobre as propriedades do solo, em particular, sobre sua resistência nas vizinhanças imediatas da estaca. 4. A falta de simultaneidade no desenvolvimento proporcional da resistência de atrito e de ponta. Em geral, a resistência por atrito se esgota muito antes de a resistência de ponta chegar ao valor máximo. 5. Heterogeneidade do subsolo onde se cravam as estacas. 6. Presença de fatores externos ou internos que modificam o mo- vimento relativo entre o solo e estaca (ALONSO, 2019, p. 104). As formulações puramente teóricas não são muito utilizadas como método prin- cipal na estimativa de cargas. O motivo é porque existem muitas incertezas quanto à adequação das previsões (CINTRA; AOKI, 2010). A tradição da Engenharia de Fundações brasileira prefere aliar às formulações teóricas as considerações de ordem empírica, com os resultados de ensaios de campo, para se adequar melhor às situações de projeto que, geralmente, são encontradas no país. Qual o método de cálculo mais eficiente para um projeto de estacas? A resposta pode ser obtida avaliando o desempenho das fundações, após a sua conclusão. Na prática, projetistas utilizam, sempre, mais de um método para confirmar as suas estimativas. As escolhas de projeto são testadas por metodologias diferentes e agregam confiabilidade nos resultados. 199 UNIDADE 6 É por isso que os métodos semiempíricos para a determinação da Capacidade de Carga em estacas são mais utilizados e, por este motivo, nos focaremos neles. Sobre esses métodos, a norma defundações define: “ São métodos que relacionam resultados de ensaios (tais como o SPT, CPT etc.) com tensões admissíveis ou tensões resistentes de cálculo. Devem ser observados os domínios de validade de suas aplicações, bem como as dispersões dos dados e as limitações regionais asso- ciadas a cada um dos métodos (ABNT, 2019, p. 22). As formulações semiempíricas, no Brasil, estimam a Capacidade de Carga de esta- cas com base nos valores e resultados obtidos nos Ensaios SPT e CPT, este último é utilizado com menos frequência, se comparado ao primeiro (ALBUQUERQUE; GARCIA, 2020). Temos os métodos semiempíricos desenvolvidos por pesquisadores brasileiros que são, amplamente, utilizados nos escritórios de projetistas de fundações, inclusive, no exterior. São eles: Método Aoki e Velloso e Método Décourt e Qua- resma (CINTRA; AOKI, 2010). Na bibliografia especializada, podem ser encontrados outros métodos, como os de Teixeira, P. P. Velloso, Alonso, Philipponat, Meyerhof etc., porém não serão o foco de nosso texto. Título: Dimensionamento de Fundações Profundas Autor: Urbano Rodriguez Alonso Editora: Blucher Sinopse: o dimensionamento de estacas pode ter di- versos caminhos de cálculo, dependendo das particu- laridades do projeto. Por isso, é importante conhecer vários exemplos de dimensionamentos. Comentário: o livro de Urbano Rodriguez Alonso, Dimensionamento de Fundações Profundas, de 2012, disponível na Biblioteca Virtual, é destinado a profissionais formados ou a es- tudantes que projetam fundações profundas, como complemento aos critérios básicos expostos no livro do mesmo autor, o Exercícios de Fundações (também disponível). Acesse este conteúdo, de forma gratuita, como aluno da Unicesu- mar, e expanda os seus estudos sobre fundações! 200 UNICESUMAR O Método Aoki-Velloso foi apresentado, pela primeira vez, no 5º Congresso Panameri- cano de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações, evento sediado na cidade de Buenos Aires, em 1975. É uma metodologia desen- volvida por dois importantes especialistas brasileiros: Nel- son Aoki e Dirceu de Alencar Velloso (ALONSO, 2019). Este método estima, de forma aproximada, a Capacidade de Carga de uma estaca, consi- derando que a Resistência do Conjunto Estaca-Solo (R) é composta pela soma das par- celas da Resistência por Atrito Lateral (RL) com a Resistência de Ponta (RP) da estaca inseri- da no solo. Originalmente, este méto- do foi concebido a partir de correlações entre os resultados de penetração dos Ensaios de SO LO 1 SO LO 2 Nível do Terreno Resistência por Atrito Lateral =RL Resistência de Ponta=RP D L R = RL RP+ Figura 2 - Resistência do conjunto estaca-solo / Fonte: a autora. Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração que mostra uma estaca inserida em duas camadas de solo. É possível ver flechas representando a direção dos esforços que atuam sobre ela e as medições de comprimento da estaca, indicadas pela letra L e da largura, indicadas pela letra D. No topo da estaca, acima do nível do ter- reno, uma flecha vertical, apontada para baixo, indica: “R igual RL mais RP” como carga sobre a estaca. Nas laterais da estaca, dentro da camada “Solo 1”, há várias pequenas flechas verticais, apontadas para cima e indicando as letras “RL” como Resistência por Atrito Lateral. Na parte de baixo da estaca, dentro da camada “Solo 2”, há uma única flecha vertical, apontada para cima, indicando as letras “RP” como Resistência de Ponta. Cone (CPT) e Ensaios SPT para solos brasileiros. Os autores consideraram a estaca do tipo Franki para propor a sua fórmula, utilizando dados obtidos de provas de carga em estacas comprimidas. (VELLOSO; LOPES, 2012). Determinamos a Resistência Lateral (RL) no Método de Aoki-Velloso pelo produto entre o Períme- tro da Seção Transversal (U) da estaca e a soma da contribuição de Resistência Lateral Unitária ( rL ) da estaca, em cada camada de solo que ela atravessa (CINTRA; AOKI, 2010). A equação, a seguir, apresenta esta relação de cálculo: R U rL L L L � � ��� ��� �� � � Em que: = comprimento da estaca na respecctiva camada de solo. 201 UNIDADE 6 A figura, a seguir, ilustra o cálculo da Resistência Lateral da estaca quando ela atravessa várias camadas de solo: Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração dividida em duas partes. Do lado esquerdo, há uma estaca inserida em quatro camadas de solo diferentes, com a indicação dos resultados, em perfil, do NSPT, ao lado da estaca, com oito resultados. Ainda, ao lado da estaca, é possível ver a indicação, em cada respectiva camada da Resistência Unitária, feita pela letra “r”, bem como a indicação, em cada espessura respectiva, feita pela letra “L”. Do lado direito, está a equação de cálculo da Resistência Lateral para toda a estaca. NSPT Nível do Terreno CAMADA 1 CAMADA 2 CAMADA 3 CAMADA 4 L4 L3 L2 L11 2 3 4 r r r r � �L L LR U r� �� � ��� �� � � � � � � � �1 1 2 2 3 3 4 4LR U r L r L r L r L� � � � � � � � �� �� � 3 4 5 7 10 13 21 26 Figura 3 - Procedimento para determinação da Resistência Lateral da estaca, no Método Aoki-Velloso / Fonte: a autora. A fim de calcular a Resistência Lateral Unitária ( rL ) da estaca, são considerados os resultados presen- tes nos Ensaios de Cone ou no Standard Penetration Test (SPT). A opção entre um ou outro parâmetro depende da abrangência das Investigações Geotécnicas na fase de projeto (CINTRA; AOKI, 2010). A tabela, a seguir, apresenta as fórmulas para o cálculo das duas situações de projeto (com CPT e com SPT): ENSAIO FÓRMULA DE RESISTÊNCIA LATERAL UNITÁRIA PARÂMETRO DO ENSAIO Cone (CPT ou CPTu) r q FL c � �� �a 2 qc = Resistência de Ponta Média do Cone definida ou calculada para a camada de solo considerada. Standard Penetration Test (SPT ou SPT-T) r K N FL SPT � � �� �a 2 NSPT = Resistência à Penetração Média do SPT definida ou calculada para a camada de solo con- siderada. Em que: F2 = Fator de carga lateral em função do tipo de estaca (definido por Aoki e Velloso). a = Coeficiente da relação de atrito representada por uma constante para cada tipo de solo (definida por Aoki e Velloso). K = Coeficiente da correlação entre a resistência de cone e a resistência à penetração do SPT. Tabela 1 - Fórmulas definidas por Aoki e Velloso para o cálculo da Resistência Lateral Unitária / Fonte: a autora. 202 UNICESUMAR Os coeficientes utilizados no cálculo foram investigados e definidos pelos criadores do método e dependem do tipo de solo considerado. A tabela, a seguir, organiza estes valores: SOLO K (kPa) a Areia 1000 0,014 Areia siltosa 800 0,020 Areia siltoargilosa 700 0,024 Areia argilosa 600 0,030 Areia argilossiltosa 500 0,028 Silte 400 0,030 Silte arenoso 550 0,022 Silte arenoargiloso 450 0,028 Silte argiloso 230 0,034 Silte argiloarenoso 250 0,030 Argila 200 0,060 Argila arenosa 350 0,024 Argila arenossiltosa 300 0,028 Argila siltosa 220 0,040 Argila siltoarenosa 330 0,030 Tabela 2 - Valores dos coeficientes K e a propostos por Aoki e Velloso Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). Determinamos a Resistência de Ponta (RP), por meio do Método de Aoki-Velloso, pelo produto entre a Área da Seção Transversal da Ponta (AP) da estaca e a Resistência de Ponta Unitária ( rP ) da estaca na camada de solo em que ela se apoia (CINTRA; AOKI, 2010). A equação, a seguir, apresenta esta relação de cálculo: R A rP P P� � para calcular a Resistência de Ponta Unitária ( rP ) da estaca, são considerados os resultados presentes nos Ensaios de Cone ou no Standard Penetration Test (SPT). Também, neste caso, a opção por um ou outro parâmetro depende da abrangência das Investigações Geotécnicas na fase de projeto (VELLOSO; LOPES, 2012). 203 UNIDADE 6 A tabela, a seguir, apresenta as fórmulas para o cálculo das duas situações de projeto (com CPT e com SPT): ENSAIO FÓRMULA DE RESISTÊNCIA DE PONTA UNITÁRIA PARÂMETRO DO ENSAIO Cone (CPT ou CPTu) r q FP c= 1 qc =Resistência de Ponta Média do Cone definida para a camada de solo na qual a estaca se apoia. Standard Penetration Test (SPT ou SPT-T) r K N FP SPT� � 1 NSPT = Resistência à Penetração do SPT definida para a camada de solo na qual a estaca se apoia. Em que: F1 = Fator de carga de ponta em função do tipo de estaca (definido por Aoki e Velloso). K = Coeficiente da correlação entre a resistência de cone e a resistência à penetração do SPT. Tabela 3 - Fórmulas definidas por Aoki e Velloso para cálculo da Resistência de Ponta Unitária / Fonte: a autora. Os Fatores de Carga (F1 e F2) utilizados no cálculo correlacionam as resistências da estaca (lateral e de ponta) com a resistência do ensaio de penetração contínua do cone no Ensaio CPT (ALBUQUERQUE; GARCIA, 2020). Para os autores, estes Fatores de Carga relacionam o comportamento de resistência do modelo (cone) definido no ensaio com o do protótipo (estaca) planejado para a fundação e ambos dependem do tipo de estaca que está sendo calculada. A tabela, a seguir, organiza estes valores: TIPO DE ESTACA F1 F2 Franki 2,5 2 1�� �F Metálica 1,75 2 1�� �F Pré-moldada 1 0 8 � � � � � � � � � � � � � D , 2 1�� �F Escavada 3 2 1�� �F Raiz 2 2 1�� �F Hélice Contínua 2 2 1�� �F Hélice de Deslocamento 2 2 1�� �F Tabela 4 - Valores dos Fatores de Carga (F1 e F2) propostos por Aoki e Velloso Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). 204 UNICESUMAR Podemos definir o cálculo da Capacidade de Carga pelo Método Aoki-Vello- so numa única equação que estima a carga de ruptura do conjunto estaca-solo. A tabela, a seguir, apresenta as fórmulas para o cálculo das duas situações de projeto (com CPT e com SPT): ENSAIO RESISTÊNCIA DO CONJUNTO ESTACA-SOLO Cone (CPT ou CPTu) R U q F A q Frup c L P c� � �� �� � � � � � � � �� � � � � � � � � � � �� � �� � � � � � � � � a 2 1 �� � � � � � � Standard Penetration Test (SPT ou SPT-T) R U K N F A K Nrup SPT L P SP� � � � � �� � � � � � � � �� � � � � � � � � � � �� � �� � � �� a 2 TT F 1 � � � � � � � � � � � � Tabela 5 - Capacidade de Carga proposta por Aoki e Velloso / Fonte: a autora. A norma técnica de fundações NBR 6122 (ABNT, 2019), no caso específico das estacas escavadas com fluido estabilizante ou hélice contínua exige que o executor destes serviços assegure os requisitos mínimos de contato entre a ponta dessas estacas e o solo competente ou a rocha. No caso de os executores não assegurarem esses requisitos mínimos, “deve considerar a resistência de ponta nula, sendo a carga admissível obtida pela aplicação de um Fator de Segurança igual a dois, para a carga lateral de ruptura, um” (ALBUQUERQUE; GARCIA, 2020, p. 243). A aplicação de Método Semiempírico de Aoki e Velloso para determinar a Capacidade de Carga de estacas pode ser melhor entendida por meio de uma aplicação prática que demonstre o cálculo. Pensando nisso, elaborei uma Pílula de Aprendiza- gem que mostra um exemplo do cálculo para um resultado de Ensaio SPT, considerando uma fun- dação em estaca. Acesse o vídeo explicativo para ver esta demonstração! https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/9922 205 UNIDADE 6 O Método Décourt-Quaresma foi apresentado, pela primeira vez, no 6º Con- gresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações, evento sediado na cidade do Rio de Janeiro, em 1978. É uma metodologia desenvolvida por outros importantes especialistas brasileiros: Luciano Décourt e Arthur Ro- drigues Quaresma (ALONSO, 2019). Assim como no método anterior, o Método Semiempírico Décourt-Quaresma estima a Capacidade de Carga de uma estaca considerando que a Resistência do Conjunto Esta- ca-Solo (R) é composta pela soma das parcelas da Resistência por Atrito Lateral (RL) com a Resistência de Ponta (RP) da estaca inserida no solo. Porém, antes de compreender como se determinam os valores dessas parcelas, é preciso entender o cálculo de suas porções unitárias, a saber: Resistência Lateral Unitária e Tensão Resistente de Ponta. Para calcular a Resistência Lateral Unitária ( rL ) da estaca, são considerados os resultados presentes no Standard Penetration Test (SPT), fazendo uso do valor da Re- sistência à Penetração Média do SPT ( NSPT ) ao longo do fuste da estaca inserido na camada de solo (ALBUQUERQUE; GARCIA, 2020). A equação, a seguir, apresenta esta relação definida pelo Método Décourt-Quaresma: r N N L SPT SPT 10 3 1 Onde: = nú mero médio de golppes para cravação do amostrador-padrão nas camadas de solo ao longo do fuste da estaca, os valores de devem estNSPT aar compreendidos entre 3 50.NSPT Determinamos a Resistência Lateral (RL), no Método de Décourt-Quaresma, pelo pro- duto entre o Perímetro da Seção Transversal (U), o Comprimento Total (L), a Resistência Lateral Unitária ( rL ) da estaca (considerando as camadas de solo que ela atravessa) e o Fator de Atrito (b ) definido, o qual está relacionado ao tipo de solo e à estaca (CINTRA; AOKI, 2010). A equação, a seguir, apresenta esta relação de cálculo: R U L rL L� � �� � �b 206 UNICESUMAR a figura, a seguir, ilustra o cálculo da Resistência Lateral da estaca quando ela atravessa várias camadas de solo: L1R L4 L3 L2 L1 NSPT Nível do Terreno CAMADA 1 CAMADA 2 CAMADA 3 CAMADA 4 L2R L3R L4R 1 2 3 4L L L L LR R R R R� � � � � � � � � �� � � �L n n n nR U L r �� � � � � � � � � �10 13 SPT L n n n NR U L � � �� �� �� �� � � � � �� �� � � � � � �� �� � 3 4 5 7 10 13 21 26 Figura 4 - Procedimento para determinação da Resistência Lateral da estaca no Método Décourt-Quaresma / Fonte: a autora. Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração dividida em duas partes. Do lado esquerdo, é possível ver uma estaca inserida em quatro camadas de solo diferentes, com indicação dos resultados do NSPT, em perfil, ao lado da estaca, com oito resultados. Ao lado da estaca, a indicação, em cada respectiva camada da Resistência Unitária, é feita pelas letras “RL” bem como da respectiva espessura, pela letra “L”. Do lado direito, estão a equação de cálculo da Resistência Lateral para toda a estaca e, também, as Resistências Laterais Unitárias para cada camada. O Fator de Atrito (b ) utilizado no cálculo correlaciona o tipo de solo e o tipo de estaca, por meio de um valor adimensional (CINTRA; AOKI, 2010). Originalmente, a formulação do método foi feita para estacas cravadas de concreto, porém ampliou-se a sua utilização a outros tipos de estacas, com valores do Fator de Atrito diferenciados para cada. A tabela, a seguir, organiza estes valores: TIPO DE SOLO TIPO DE ESTACA Escavada em geral Escavada (bentonita) Hélice contínua/ Hélice de deslocamento Raiz Injetadas sob pressão Argilas 0,80* 0,90* 1,00* 1,50* 3,00* Siltes 0,65* 0,75* 1,00* 1,50* 3,00* Areias 0,50* 0,60* 1,00* 1,50* 3,00* * Valores, apenas, orientativos, diante do reduzido número de dados disponíveis. Tabela 6 - Valores do Fator de Atrito (b) propostos por Décourt e Quaresma / Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). 207 UNIDADE 6 Para calcular a Tensão Resistente de Ponta ( rP ) da estaca, são considerados os resultados presentes no Standard Penetration Test (SPT), fazendo uso do valor da Resistência à Penetração Média do SPT ( NSPT ) dos três valores obtidos na ponta da estaca: valor do NSPT da camada de apoio da ponta; valor do NSPT da camada, ime- diatamente, acima da camada de apoio da ponta; valor do NSPT da camada, imedia- tamente, abaixo da camada de apoio da ponta (ALBUQUERQUE; GARCIA, 2020). A figura, a seguir, ilustra esta consideração de cálculo do valor médio para a ponta de uma estaca, no Método Décourt-Quaresma: N NSPT Nível do Terreno CAMADA 1 CAMADA 2 CAMADA 3 CAMADA 4 N N acima ponta abaixo 3 4 5 7 10 13 21 26 � � 3 acima ponta abaixo SPT N N N N � � � � �10 13 21 14,67 3SPT N � � � � Figura 5 - Procedimento para determinação da Resistência à PenetraçãoMédia do SPT na ponta da estaca, pelo Método Décourt-Quaresma / Fonte: a autora. Descrição da Imagem: a figura mostra uma ilustração dividida em duas partes. Do lado esquerdo, há uma estaca inserida em quatro camadas de solo diferentes com indicação dos resultados do NSPT, em perfil, ao lado da estaca, com oito resultados. Ao lado da estaca, está a indicação, na porção da ponta cravada, das três parcelas do resultado do Ensaio SPT. Do lado direito, está a equação de cálculo da resistência NSPT média para a ponta da estaca. A equação, a seguir, apresenta a relação entre a resistência de ponta e os valores do Ensaio SPT, definida pelo Método Décourt-Quaresma: r C N C P SPT Em que: = c ístico do solo. 208 UNICESUMAR O coeficiente (C) utilizado no cálculo está relacionado ao tipo de solo considerado. A tabela, a seguir, organiza estes valores: TIPO DE SOLO C (kPa) Argilas 120 Siltes argilosos* 200 Siltes arenosos* 250 Areias 400 * Solos residuais Tabela 7 - Valores do coeficiente C propostos por Décourt-Quaresma / Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). Determinamos a Resistência de Ponta (RP) no Método de Décourt-Quaresma multiplicando a Área da Seção Transversal da Ponta (AP) da estaca pela Tensão Re- sistente de Ponta ( rP ) ,e também, pelo Fator de Reação de Ponta (a ). Este último está relacionado com o tipo de solo de apoio e de estaca utilizada (CINTRA; AOKI, 2010). A equação, a seguir, apresenta esta relação de cálculo: R A rP P P� � �a o Fator de Reação de Ponta (a ) do cálculo relaciona o tipo de solo ao tipo de estaca por um valor numérico adimensional. A tabela, a seguir, organiza estes valores: TIPO DE SOLO TIPO DE ESTACA Escavada em geral Escavada (bentonita) Hélice contínua/ Hélice de deslocamento Raiz Injetadas sob pressão Argilas 0,85 0,85 0,30* 0,85* 1,00* Solos intermediários 0,60 0,60 0,30* 0,60* 1,00* Areias 0,50 0,50 0,30* 0,50* 1,00* * Valores, apenas, orientativos, diante do reduzido número de dados disponíveis. Tabela 8 - Valores do Fator de Reação de Ponta (a) propostos por Décourt e Quaresma / Fonte: adaptada de Albuquerque e Garcia (2020). Podemos definir o cálculo da Capacidade de Carga pelo Método Décourt-Qua- resma numa única equação que estima a carga de ruptura do conjunto estaca-solo. A equação, a seguir, apresenta a fórmula completa (resistência lateral e resistência de ponta) para o cálculo: 209 UNIDADE 6 R U L N A C Nrup L P P10 3 1 β α Emm que: = sistê à penetração média do SPT ao longoNL Re do fuste da estaca; = Resistê à penetração média dNP oo SPT dos três valores na regiª o de ponta da estaca. Originalmente, o Método Décourt-Quaresma foi previsto para aplicação em estacas de deslocamento, porém, ao longo dos anos, recebeu algumas extensões e atualizações, por parte dos autores, conforme o avanço das pesquisas levantaram mais dados e refinaram o procedimento. Atualmente, esse método conta com adequações para outros tipos de estacas e também inclui a correlação com o valor do torque medido no novo Ensaio SPT-T. O valores médios do NSPT indicados ( NL e NP ) podem ser correspondentes aos resultados do Ensaio SPT tradicional e também podem ser correspondentes ao Neq calculado com base nos resultados do Ensaio SPT-T (DÉCOURT; ALBIERO; CINTRA, 2019). Definimos o Neq por meio de uma divisão simples, conforme a equação, a seguir: N T T eq � 1 2, Onde: = Valor do torque medido no Ensaio SPT-T em kgf m�� � A aplicação de Método Semiempírico de Décour- t-Quaresma para determinar a Capacidade de Carga de estacas pode ser melhor entendida por meio de uma aplicação prática que demonstre o cálculo. Pensando nisso, elaborei uma Pílula de Aprendizagem que mostra um exemplo do cálcu- lo para um resultado de Ensaio SPT considerando uma fundação em estaca. Acesse o vídeo explicati- vo para ver esta demonstração! https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/9923 210 UNICESUMAR Os métodos dinâmicos para a determinação da Capacidade de Carga têm a sua aplicação restrita às estacas cravadas à percussão (esforço dinâmico) e preveem a Capacidade de Carga com base nos resultados do controle de embutimento no solo (ALONSO, 2019), durante a cravação. Estes métodos fazem uso das cha- madas fórmulas dinâmicas, formulações teóricas baseadas na nega ou nos repique elásticos e que visam a assegurar, principalmente, a homogeneidade das estacas cravadas (ABNT, 2019). Define-se nega como: “ Penetração permanente de uma estaca, causada pela aplicação de um golpe do mar- telo. Em geral, é medida por uma série de dez golpes; ao ser fixada ou fornecida, deve ser sempre acompanhada do peso do martelo e da altura de queda ou da energia de cravação, no caso de martelos automáticos (ABEF, 2016, p.101). Já o repique é definido como a “Parcela elástica do deslocamento máximo de uma seção da estaca, decorrente da aplicação de um golpe do martelo” (ABEF, 2016, p. 101). Podemos realizar a medição de ambos por meio de uma técnica que consiste na colagem de uma folha de papel padronizada (Registro de Negas e Repiques) sobre a qual a ponta de um lápis é movi- mentada, horizontalmente, com a ajuda de um apoio prumado durante o golpe do martelo (ALVES; LOPES; DANZIGER, 2004). A figura, a seguir, representa, esquematicamente, essa medição, durante a cravação de uma estaca: 10 GOLPES GRÁFICO TÍPICO DE CONTROLE DE CRAVAÇÃO K S K = repique ou deformação elástica s = nega ou deformação permanente 10 mxDs � Dmx MARTELO OU PILÃO CEPO COXIM ESTACA RÉGUA PAPEL LÁPIS SUPORTE Nível do Terreno Figura 6 - Medição de nega e repique para estaca cravada à percussão / Fonte: a autora. Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração dividida em três partes. A porção esquerda mostra a instalação do sistema de medição de nega, no topo de uma estaca. Esta se encontra inserida no terreno e contém martelo (ou pilão), cepo, coxim, estaca, régua, suporte, lápis e papel. A porção superior direita da figura mostra o gráfico típico de controle de cravação para dez golpes com medição dos índices “K”, “s” e “Dmx”. A porção inferior apresenta a designação do “índice K” como “repique ou deformação elástica”, “s” como “nega ou deformação permanente” e o cálculo da nega a partir do índice “Dmx”. 211 UNIDADE 6 Na figura, a seguir, é mostrado um operário realizando a medição de nega e repique, durante a cravação de estaca: Figura 7 - Operário realizando medição da nega e repique para estacas cravadas por percussão. Descrição da Imagem: a figura mostra uma fotografia de um canteiro de obras com estacas pré-moldadas de concreto de seção circular cravadas e um equipamento ba- te-estaca fazendo a cravação delas. Um trabalhador, paramentado com capacete e proteção de ouvido, está agachado ao lado da cravação, fazendo a medição da nega em um papel afixado no topo de uma estaca. Durante a realização da cravação da estaca por percussão, o proce- dimento pode ser monitorado, por meio de nega e repique, como estratégia de controle de desempenho das fundações, durante a sua execução. Por meio do registro gráfico, aplicam-se fórmulas baseadas no princípio de conservação de energia, descontando eventuais perdas dessa energia, tal qual na equação: W h R s X Em que: W = peso do martelo ou pilão; h = alturaa de queda; R = resistê à cravação da estaca; s = nega, ou penetr ção permanente; X = perda de energia do sistema.. Temos as principais perdas de energia durante o processo de cravação no repique do martelo, na deformação elástica do cepo e do coxim, no atrito do martelo e das guias (ALBUQUERQUE; GARCIA, 2020). A obtenção da Capacida- de de Carga de estacas cravadas à percussão, por meio dos valo- res de nega, utilizando fórmulas dinâmicas, possui algumas críti- cas, as quais são levantadas por Alonso (2019): • As fórmulas se baseiam na teoria de choque de corpos rígidos, formu- lada por Newton e obe- decendo à Lei de Hooke, porém estas hipóteses não traduzem a realidade do “movimento”da esta- ca sob ação de choque do martelo ou pilão. • A resistência mobiliza- da pelo pilão ou martelo nem sempre é suficiente para alcançar a resistência máxima que o conjunto estaca-solo pode oferecer. • Efeitos como amolgamen- to, compactação e quebra da estrutura do solo não podem ser avaliados por um teste único imediato, pois dependem do tempo de ação de cargas. • Existem fatores pouco conhecidos (energia real aplicada, influência do coxim e do cepo instala- dos no capacete etc.) en- volvidos no fenômeno da cravação. 212 UNICESUMAR Por isso, as fórmulas dinâmicas têm elevados fatores de correção para determinação da Capacidade de Carga, visto que a sua aplicação só pode ser utilizada quando a situação de projeto se assemelha à hipótese que foi desenvolvida por cada autor. O ideal é calibrar o método ou a fórmula dinâmica por meio da rea- lização de Provas de Carga, na situação do tipo de solo e de estaca da obra, pois a utilização das fórmulas é insatisfatória em casos generalizados, devido à variedade de incertezas. Portanto, é comum o uso de nega e repique, pelas empresas e profissionais, como ferramenta de controle de desempenho, durante a execução de estacas cravadas à percussão, e não como previsão da Capacidade de Carga. Tradicionalmente, na prática diária de fundações, os métodos dinâmicos são utilizados para o controle da capacidade de carga em estacas, dei- xando a sua previsão aos métodos estáticos. Mas por que esta tendên- cia é seguida pelos profissionais? Por que a nega medida em campo é utilizada no Controle de Qualidade e Homogeneidade do estaqueamen- to, e não na avaliação da Capacidade de Carga das estacas? São estas perguntas que o podcast desta unidade pretende responder, aprofun- dando, na prática diária, a aplicação da Engenharia de Fundações nestes métodos, ensaios e medições. Acesse o link e vem ouvir este papo! Outro método de determinação da Capacidade de Carga para estacas é a Prova de Carga. Este é um ensaio de campo voltado a fundações profundas e que consiste em aplicar esforços estáticos à estaca (da obra ou de uma estaca-teste) com execução no terreno já finalizada e, em seguida, registrar os deslocamentos cor- respondentes do conjunto estaca-solo (ABEF, 2016). Esses esforços podem ser no sentido axial (de tração ou de compressão) ou no sentido transversal. O Ensaio de Prova de Carga é regido pela norma técnica NBR 16903: Solo – Prova de Carga Estática em Fundação Profunda (ABNT, 2020), a qual especifica o procedimento de ensaio para todos os tipos de estacas, sendo elas verticais ou inclinadas, independentemente do seu método executivo ou de instalação no terreno. Esta norma técnica descreve todos os aparelhos necessários à realização do ensaio bem como a preparação, a forma de carregamento (lento, rápido, misto ou cíclico) e a apresentação dos resultados. A publicação técnica da ABEF, em seu Manual de Execução de Fundações – Práticas Recomendadas (2016), também estabelece as diretrizes e condições básicas à execução do ensaio para diversos tipos de fundações profundas bem como os procedimentos de coleta, análise e interpretação dos dados, as especifi- cações dos dispositivos e equipamentos empregados, além de também disponibilizar exemplos e modelos de planilhas e gráficos para a apresentação dos resultados. Os equipamentos necessários ao ensaio foram resumidos pela ABEF (2016): • Sistema de reação: pode ser feito por meio de tirantes (monobarra ou cordoalha), cargueira (ensaio à compressão) e fogueira (ensaio à tração). • Conjunto de macaco e bomba com manômetro: conjunto hidráulico que deve estar calibrado de acordo com a NBR 8197: Materiais Metálicos – Calibração de Instrumentos de Medição de Força de Uso Geral (ABNT, 2021), dentro da validade, previamente, testado e, também, verificado o estado de https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/8313 213 UNIDADE 6 suas mangueiras e conexões. É composto por manômetro (analógico ou digital) cilindro e bomba. • Deflectômetros ou Defletômetros: instrumentos medidores de deslocamento, podendo ser analógicos ou digitais, resistivos ou indutivos. Permitem a leitura de deformações no carregamento transversal e axial, medidos no topo da estaca (ou bloco de reação), por meio de quatro deflectô- metros instalados em dois eixos ortogonais. Também devem estar calibrados de acordo com a NBR 8197 (ABNT, 2021). • Célula de carga: transdutor de força que converte a força aplicada em um sinal elétrico, o qual é registrado em equipamento específico. Pode ser do tipo resistivo, indutivo ou de corda vibrante. A figura, a seguir, ilustra a montagem do equipamento do Ensaio de Prova de Carga sobre estaca, por meio do uso de cargueira para esforços de compressão: 1 Plataforma de reação 2 Base de apoio 3 Solo 4 De�ectômetro 5 Estaca teste 6 Viga de transição 7 Célula de carga 8 Macaco hidráulico Carga de reação (areia, ferro etc.) 1 2 3 4 5 6 7 8 Figura 8 - Sistema de prova de carga à compressão com “cargueira” / Fonte: Albuquerque e Garcia (2020). Descrição da Imagem: a figura mostra uma ilustração em tons de cinza e dividida em duas partes. À esquerda, é possível ver a insta- lação de equipamento para Ensaio de Prova de Carga sobre uma estaca, a qual tem números indicativos de 1 a 8, posicionados ao lado de cada peça. Em cima da plataforma de reação, há uma caixa preenchida por traços em hachura e com o texto indicativo: “Carga de reação, areia, ferro etc.” A plataforma e a caixa estão sobre um equipamento de eixo cilíndrico e base larga. Esta se encontra apoiada no fundo de um recorte, o qual está em uma camada de terreno com contornos hachurados. À direita, vê-se, em formato de lista, a legenda dos equipamentos numerados: (1) Plataforma de reação; (2) Base de apoio; (3) Solo; (4) Deflectômetro; (5) Estaca-teste; (6) Viga de transição; (7) Célula de carga; (8) Macaco hidráulico. 214 UNICESUMAR A norma técnica de fundações (ABNT, 2019, p. 19) especifica: “ Para que se obtenha a carga admissível (ou carga resistente de pro- jeto) de estacas, a partir de provas de carga, é necessário que: a) a(s) prova(s) de carga seja(m) estática(s); b) a(s) prova(s) de carga seja(m) especificada(s) na fase de projeto e executadas no início da obra, de modo que o projeto possa ser adequado para as demais estacas; c) a(s) prova(s) de carga seja(m) levada(s) até uma carga, no mínimo, duas vezes a carga admissível prevista em projeto. Desse modo, é possível ver que o ensaio, quando é realizado na fase de projeto, pode obter, com alto grau de confiabilidade, os valores da Carga de Ruptura e da Carga Admissível de uma estaca instalada no terreno da obra, permitindo que seja utilizado o Fator de Segurança menor durante os cálculos (VELLOSO; LOPES, 2012). Para a Carga Admissível, pode ser usado um Fator de Segurança igual a 1,6 e, para a Carga Resistente de projeto, 1,14 (ABNT, 2019). A equação, a seguir, é apresentada pela NBR 6122 (ABNT, 2019) para a deter- minação da Resistência Característica quando um número maior de Provas de Carga for realizado numa mesma região representativa: R Min R R c k c cal med c cal , , , min; ξ ξ3 4 Em que: resistê ística; r R R c k c cal med , , eesistê ística calculada com base em valores mèdios dos parâ etros; resistê ístRc cal, min iica calculada com base em valores mí imos dos p etros; ξξ ξ3 4 e fatores de m ção da resistência (Tabela 3 da NBR 6122). â 215 UNIDADE 6 A tabela, a seguir, mostra os fatores de minoração de resistência presentes na NBR 6122 para a determinação dos valores característicos das resistências obtidas por Provas de Carga estáticas: na 1 2 3 4 5 x3 1,14 1,11 1,07 1,04 1,00 x4 1,14 1,10 1,05 1,02 1,00 a n = número de provas de carga em estacas de mesmas características, por região representativa do terreno. Tabela 9 - Valores dos fatores de minoração da resistência 3 4 e x x / Fonte: adaptada de ABNT (2019).A norma técnica indica que, para a determinação da Carga Admissível, deve ser empregado um Fator de Segurança Global de, no mínimo, 1,4, além da aplicação dos fatores indicados na tabela (ABNT, 2019). Caso a análise seja feita em termos de Fatores de Segurança Parciais, não deve ser aplicado o fator de minoração de carga. A figura, a seguir, mostra o momento do registro das condições de ensaio de Prova de Carga sobre estaca: Figura 9 - Realização da Prova de Carga com registro das condições do ensaio por membro de equipe técnica Descrição da Imagem: a figura apresenta uma fotografia de um canteiro de obras. Nele, há o empilhamento de peças de concreto e aço sobre vigas no chão, durante Ensaio de Prova de Carga. Em primeiro plano, é possível ver as mãos de uma pessoa fazendo anotações em um papel. 216 UNICESUMAR O motivo pelo qual os valores obtidos na Prova de Carga fornecem confiabilidade aos parâmetros adotados em cálculo é fato de o ensaio ser realizado até a ruptura da fundação, ou seja, até que o conjunto estaca-solo apresente ruptura nítida ou ocorrência de grandes recalques (deslocamentos para baixo). “A capacidade de carga de estaca ou tubulão de prova deve ser considerada definida quando ocorrer ruptura nítida caracterizada por deformações continuadas sem novos acréscimos de carga” (ABNT, 2019, p. 27). A figura, a seguir, apresenta um modelo de apresentação dos resultados de uma Prova de Carga, por meio de um gráfico que mostra a Curva Carga-Recalque: Construtora Estaca no. D = 00 cm Comprimento = 000 m CURVA CARGA-RECALQUE Carga (tf) Re ca lq ue (m m ) Figura 10 - Modelo, no gráfico, de Curva Carga-Recalque / Fonte: adaptada de ABEF (2016). Descrição da Imagem: a figura mostra a ilustração de um gráfico com dois eixos. No eixo vertical, indicado para baixo, o recalque, em milímetros, vai de zero até menos 30 e tem espaço equidistante de eixos de -5. O eixo horizontal, indicado para o lado direito da carga, mostra a tonelada-força indo de zero até 480 com espaço equidistante de 40. Na prática, nem sempre a Curva Carga-Recalque apresenta ruptura nítida, ou seja, uma linha vertical longa num único eixo de carga. Como pode ser visto no modelo de curva da Figura 10, existe uma linha vertical mais longa, no eixo 440 tf de carga, que abrange o recalque de 23 mm e de 26 mm até a finalização do ensaio. Podemos definir que 440 tf corresponde à Carga de Ruptura? 217 UNIDADE 6 Alguns métodos empregados na interpretação da Curva Carga-Re- calque permitem definir e, até mesmo, estimar a Carga de Ruptura de uma estaca, tendo amplo destaque os Métodos de Van Der Veen, de Davisson e da NBR 6122 (2019). A norma técnica especifica que: “ O comportamento de uma estaca ou tubulão, quando submetido à prova de carga, pode não apresentar ruptura nítida. Isto ocorre em duas circunstâncias: a) quando a capacidade de carga da estaca ou tubulão é superior à carga que se pretende aplicar (por exemplo, por limitação de reação); b) quando a estaca ou tubulão é carregado até apresentar recalques elevados, mas que não configurem uma ruptura nítida, como descrito (ABNT, 2019, p. 27). Nestes casos, é convencionado que a Carga de Ruptura da estaca é aquela que corresponde, na Curva Carga-Recalque, ao recalque obtido pela equação: ∆ ∆ r P L A E D r 30 Em que: recalque de ruptura convencional; carga de ruptura convencional; comprimen P L tto da estaca; área da ção transversal da estaca; ódu A E llo de elasticidade do material da estaca; diâ etro do D írculo circunscri à estaca ou, etro do írculo de área equivalente ao da seção transverssal desta. â 218 UNICESUMAR A figura, a seguir, ilustra um exemplo de Curva Carga-Recalque sem ruptura defi- nida e, também, a aplicação do método de estimativa para a Carga de Ruptura (Pr): D/30 � � re ca lq u e � r� Pr = carga de ruptura L = comprimento da estaca A = área da secção transversal da estaca D = diâmetro do circuito circunscrito à estaca recalque de rupturar� � Pr P (carga) 30 P L D A E � � � Curva (ensaio)P �� Figura 11 - Curva Carga-Recalque com aplicação da estimativa de Carga de Ruptura pelo método da NBR 6122 Fonte: ABEF (2016). Descrição da Imagem: a figura apresenta uma ilustração dividida em duas partes. A porção à esquerda mostra um gráfico com dois eixos; no eixo vertical, apontado para baixo do recalque, há dois pontos marcados, sendo o primeiro com distância indicada pela fração “D sobre 30”, e o segundo, indicado por “delta r”. O eixo hori- zontal, apontado para a direita da carga, tem um dos seus pontos marcados, ponto este indicado pelas letras “Pr”. A curva do gráfico é descendente, com eixos coincidindo em um único ponto. Na parte superior direita, há a legenda para os parâmetros indicados no gráfico e na equação de eixo inclinado, que corta o gráfico na diagonal e cuja indicação consta na parte inferior direita. Os valores obtidos nos ensaios de Prova de Carga são de extrema importância à ela- boração de um projeto de fundações racionalizado, ou seja, que atende aos critérios de segurança para a edificação feita com economia. Por isso, a sua realização, ainda na fase de projeto, auxilia muito nos dimensionamentos das fundações. Quando as Provas de Carga integram um plano de verificação de desempenho ou controle de qualidade, a quantidade e a necessidade de Provas de Carga são esta- belecidas pela NBR 6122 (ABNT, 2019), por meio da tabela, a seguir: 219 UNIDADE 6 TIPO DE ESTACA A Tensão de trabalho abaixo da qual as Provas de Carga não serão obrigatórias, desde que o número de estacas da obra seja inferior à coluna (B), em MPA b c d B Número total de estacas da obra a partir do qual serão obrigatórias Provas de Carga b c d Pré-moldadaa 7,0 100 Madeira - 100 Aço 0,5 fyk 100 Hélice, hélice de deslocamento, hélice com trado segmentado (monitoradas) 5,0 100 Estacas escavadas com ou sem fluido Φ ≥ 70cm 5,0 75 Raize ≤ Φ 310 mm = 15,0 75 ≥ Φ 400 mm = 13,0 Microestacae 15,0 75 Trado vazado segmentado 5,0 50 Franki 7,0 100 Escavadas sem fluido Φ < 70 cm 4,0 100 Strauss 4,0 100 a) Para o cálculo da tensão de trabalho, são consideradas estacas vazadas como maciças, desde que a seção vazada não exceda 40% da seção total. b) Os requisitos anteriores são válidos para as seguintes condições (não, necessariamente, simultâneas): - Áreas onde haja experiência prévia com o tipo de estaca empregado. - Onde não houver particularidades geológico-geotécnicas. - Quando não houver variação do processo executivo padrão. - Quando não houver dúvida quanto ao desempenho das estacas. c) Quando as condições desta tabela não ocorrerem, de vem ser feitas Provas de Carga em, no mí- nimo, 1% das estacas, observando um mínimo de uma Prova de Carga (conforme ABNT NBR 16903), qualquer que seja o número de estacas. d) As provas de carga executadas, exclusivamente, para a avaliação de desempenho, devem ser levadas até que se atinja, pelo menos, duas vezes, a Carga Admissível ou até que se observe um deslocamento que caracterize ruptura. Caso exista Prova de Carga prévia, as Provas de Carga de desempenho devem ser levadas até que se atinja, pelo menos, 1,6 vezes a Carga Admissível ou até ser observado um deslocamento que caracterize ruptura. e) Diâmetros de perfuração conforme “Anexo K - Estacas raiz” da ABNT NBR 6122. Tabela 10 - Quantidade de Provas de Carga conforme a NBR 6122 / Fonte: adaptada de ABNT (2019). A verificação do desempenho de uma fundação possui, como objetivo, demonstrar que o comporta- mento previsto em projeto se confirma, na prática, após a execução dos elementos (NIYAMA; AOKI; CHAMECKI, 2019). É empregado um conjunto de procedimentos e técnicas para garantir que aconte- ceu o previsto, sendo que a variabilidade da resistência, especificada em projeto para estacas, pode ser comprovada por meio de Provas de Carga estáticas ou Ensaios de Carregamento dinâmico, conforme prescritos pela NBR 6122 (ABNT, 2019). 220 UNICESUMAR