Capitulo 5 - Procedimentos Gerais de Projeto de Sapatas

E.E.K - Curso de Fundações Capítulo 5 – Procedimentos Gerais de Projeto de Sapatas

Engº. Sérgio Paulino Mourthé de Araujo - M.Sc em Geotecnia

Capítulo 5 Procedimentos Gerais de Projeto de Sapatas

Índice 1) Introdução 2) Definições e Procedimentos Gerais de Projeto 3) Prescrições da NBR-6122/2010 4) Procedimentos Construtivos – Caso de Obra 5) Sapatas Submetidas a Flexo-Compressão 6) Verificação de Projeto 7) Problemas Executivos e Prováveis Soluções


1) Introdução •

Neste capítulo vamos tratar apenas de como estabelecer as dimensões em planta dos diferentes tipos de sapatas de fundação.

•

Para isso vamos considerar que sejam conhecidas: a taxa de trabalho do solo (tensão admissível), as cargas da estrutura, as seções e locação dos pilares.

•

A determinação da tensão admissível em cada projeto envolve o conhecimento do perfil do subsolo, dos parâmetros de resistência e deformabilidade das camadas, dos recalques admissíveis para a estrutura, da profundidade e das próprias dimensões das sapatas.

•

Esta determinação pode ser feita através de fórmulas teóricas, provas de carga sobre placa, e correlações empíricas.

•

Para fins práticos iremos considerar a determinação direta da tensão admissível pela média de valores de SPT dentro do bulbo de tensões estimado e gerado pela sapata, dividido por 5.


2) Definições e Procedimentos Gerais de Projeto

• As fundações rasas são as que se apóiam logo abaixo da infra-estrutura e se caracterizam pela transmissão da carga ao solo através das pressões distribuídas sob sua base. Neste grupo incluem-se os blocos de fundação e as sapatas. • Os blocos são elementos de grande rigidez executados com concreto simples ou ciclópico, portanto, não armados, dimensionados de modo que as tensões de tração neles produzidas sejam absorvidas pelo concreto. • Podem ter suas faces verticais, inclinadas ou escalonadas e apresentar normalmente em planta seção quadrada ou retangular. • A utilização de blocos por questões econômicas fica restrita para cargas inferiores a 500 kN, seja 50 tf. • A principal característica desse tipo de fundação é que os materiais que os constituem devem trabalhar unicamente à compressão. • Os blocos de fundação devem ser dimensionados de tal maneira que:


2) Definições e Procedimentos Gerais de Projeto - Blocos

O valor do ângulo b é tirado do gráfico do slide seguinte entrando-se com a relação σs / σt, em que σs é a tensão aplicada ao solo pelo bloco (carga do pilar + peso próprio do bloco dividido pela área da base) e σt é a tensão admissível à tração do concreto, cujo valor é da ordem de fck/25 não sendo conveniente usar valor maiores que 0,8 MPa. Engº. Sérgio Paulino Mourthé de Araujo - M.Sc em Geotecnia

2) Definições e Procedimentos Gerais de Projeto - Blocos

O valor do ângulo b é tirado do gráfico acima entrando-se com a relação σs / σt, em que σs é a tensão aplicada ao solo pelo bloco (carga do pilar + peso próprio do bloco dividido pela área da base) e σt é a tensão admissível à tração do concreto, cujo valor é da ordem de fck/25, não sendo conveniente usar valor maiores que 0,8 MPa.


2) Definições e Procedimentos Gerais de Projeto - Blocos Exemplo 1: Dimensionar um bloco de fundação confeccionado com concreto fck= 15 MPa para suportar uma carga de 1.360 kN aplicada por um pilar de 35 x 60 cm e apoiado num solo com tensão admissível de 0,4 MPa. Desprezar o peso próprio do bloco:


2) Definições e Procedimentos Gerais de Projeto - Blocos Exemplo 1: Dimensionar um bloco de fundação confeccionado com concreto fck= 15 MPa para suportar uma carga de 1.360 kN aplicada por um pilar de 35 x 60 cm e apoiado num solo com tensão admissível de 0,4 MPa. Desprezar o peso próprio do bloco:

Adotando-se quatro escalonamentos tem-se:


2) Definições e Procedimentos Gerais de Projeto - Sapatas • As sapatas são elementos de fundação executados em concreto armado, de altura reduzida em relação às dimensões da base e que se caracterizam principalmente por trabalhar a flexão.

• Os valores de h1 e h2 são decorrentes do dimensionamento estrutural da sapata não sendo objeto de estudo nesse curso. • Quando a sapata suporta apenas um pilar, diz-se que a mesma é uma sapata isolada. • No caso particular de o pilar ser de divisa, a sapata é chamada de sapata de divisa. Engº. Sérgio Paulino Mourthé de Araujo - M.Sc em Geotecnia

2) Definições e Procedimentos Gerais de Projeto - Sapatas •

Quando a sapata suporta dois ou mais pilares, cujos centros, em planta, estejam alinhados é denominada viga de fundação.

•

Quando a sapata é comum a vários pilares, cujos centros, em planta, não estejam alinhados é denominada sapata associada.

2.1) Sapatas isoladas: •

A área da base (As) de um bloco ou de uma sapata isolada quando sujeita apenas a uma carga vertical é calculada pela expressão:

Onde: P é a carga que o pilar transmite ao solo (normalmente levando-se em conta o peso estimado do bloco ou da sapata = 1,05P a 1,1P) e σadm é a tensão admissível do solo. •

O centro de gravidade da área da sapata deve coincidir com o centro de gravidade do pilar, para que as pressões de contato aplicadas pela sapata ao terreno tenham distribuição uniforme. Engº. Sérgio Paulino Mourthé de Araujo - M.Sc em Geotecnia

2.1) Dimensionamento de Sapatas Isoladas Dimensionamento econômico: •

As dimensões L e B da sapata, e l e b dos pilares, devem estar convenientemente relacionadas a fim de que o dimensionamento seja econômico.

•

Isto consiste fazer com que as abas (distância d) sejam iguais, resultando em momentos iguais nos quatro balanços e seção da armadura da sapata igual nos dois sentidos.

•

Para isso, é necessário que:

L–B=l–b •

Sabe-se ainda que, L x B= Asapata, o que facilita a resolução do sistema.


2.1) Dimensionamento de Sapatas Isoladas Dimensionamento:

Exemplo1: Um pilar com seção de 110x25 cm transmite a uma sapata uma carga P= 3.800 kN. Considerando que a tensão admissível do solo seja de 350 kPa. Dimensione uma sapata retangular de forma que o dimensionamento seja mais econômico:

Resposta:


2.1) Dimensionamento de Sapatas Isoladas

•

Se o pilar for quadrado, logicamente será um caso particular do que foi tratado. Tem-se simplesmente uma sapata quadrada com dimensões B = L = √A.

•

As dimensões B e L da sapata deverão ser consideradas como múltiplas de 5 cm.

•

Deve-se respeitar uma dimensão mínima, geralmente na ordem de 0,60 m em pequenas construções e de 0,80 a 1,0 m em edifícios.

•

Muitos profissionais não levam em conta o peso próprio da sapata no cálculo da área da sapata, alegando que isso está dentro das imprecisões da estimativa do valor da tensão admissível.

•

Em alguns casos é interessante uniformizar os recalques dimensionando-se as sapatas com tensões admissíveis diferentes.

•

Sempre que possível, a relação entre os lados B e L da sapata deverá ser menor ou, no máximo, igual a 2,5  L / B ≤ 2,5


2.1) Dimensionamento de Sapatas Isoladas - Exemplos Exemplo 2: Dimensionar uma sapata para um pilar de 30 x 30 cm e carga de 1.500 kN, sendo a taxa admissível no solo igual a 0,3 MPa: Tratando-se de um pilar de seção quadrada, a sapata mais econômica terá a forma quadrada, de lado:


2.1) Dimensionamento de Sapatas Isoladas - Exemplos Exemplo 3: Dimensionar uma sapata para um pilar de 30 x 100 cm e carga de 3.000 kN, sendo a taxa admissível no solo igual a 0,3 MPa: Tratando-se de um pilar de seção retangular, a sapata mais econômica terá a forma retangular, com balanços iguais, ou seja:


2.2) Dimensionamento de Sapatas em pilares “especiais” •

Consideremos como “especiais” os pilares que não apresentam a forma retangular. Como exemplo pode-se citar um caso comum que é o do pilar em forma de L.

•

No dimensionamento da sapata, deve-se inicialmente considerar um pilar retangular “equivalente”, de tal modo que esse tenha o mesmo centro de gravidade e o pilar real fique “inscrito” no retângulo. A partir daí utilizamos o critério de balanços iguais.

•

Portanto, no caso de pilares com seção transversal em forma de L, Z, U, etc.:

A solução recai facilmente no caso anterior ao se substituir o pilar real por um outro fictício de forma retangular circunscrito ao mesmo e que tenha seu centro de gravidade coincidente com o centro de carga do pilar em questão.


2.3) Dimensionamento de sapatas com pilares próximos • É importante frisar que para se obter um projeto econômico deve ser feito o maior número possível de sapatas isoladas. • Quando a proximidade entre dois ou mais pilares adjacentes é tal que inviabiliza a execução de sapatas isoladas, devido a superposição das áreas das mesmas, deve-se projetar uma única sapata, chamada de sapata associada (ou de uma viga de fundação), sendo necessária a introdução de uma viga central de interligação dos pilares (viga de rigidez), para que a sapata trabalhe com tensão constante (σs). • Em outros casos também recorre-se a essa técnica: Casos em que as cargas estruturais são muito altas em relação à tensão admissível do solo. • A sapata deverá estar centrada no centro de cargas dos pilares.


2.3) Dimensionamento de sapatas com pilares próximos – Sapata associada Sejam P1 e P2 as cargas de dois pilares próximos. A área da sapata associada será:

Onde: O centro de gravidade das cargas será:


2.3) Dimensionamento de sapatas com pilares próximos – Sapata associada

•

Observa-se que para obter o centro de carga não é preciso calcular a distância P1 – P2, sendo suficiente trabalhar com as diferenças de coordenadas (d1 e d2).

•

Teoricamente só uma dessas direções é suficiente para o cálculo do CG, tendo em vista que, calculando x (ou y), e prolongando essa cota até encontrar o eixo da viga de rigidez, tem-se o centro de gravidade (ou de carga). Engº. Sérgio Paulino Mourthé de Araujo - M.Sc em Geotecnia

2.3) Dimensionamento de sapatas com pilares próximos – Sapata associada •

Na escolha das dimensões B e L da sapata é difícil a fixação de um critério econômico. Uma recomendação seria a tentativa de se obter três balanços iguais, restando um deles menor do que os outros.

•

O lado L da sapata associada deve ser paralelo ao eixo da viga de rigidez, enquanto que o lado B, sempre que possível, deve ser perpendicular, evitando-se a torção da viga.

•

A escolha dos lados B e L que conduz a uma solução mais econômica, consiste na resolução de duas lajes em balanço (vão igual a B/2) sujeitas a uma carga uniformemente distribuída igual a σs e a uma viga simplesmente apoiada nos pilares P1 e P2 sujeita também a uma carga uniformemente distribuída igual a p= σs x B.

•

Via de regra o condicionamento econômico da sapata está diretamente ligado à obtenção de uma viga de rigidez econômica. Para tanto os momentos negativos dessa viga deveriam ser aproximadamente iguais, em módulo, ao momento positivo. Essa condição só é plenamente alcançada quando as cargas P1 e P2 forem iguais e neste caso os balanços terão um valor igual a L/5.

•

No caso das cargas P1 e P2 serem diferentes (como é o caso mais comum), procura-se jogar com os valores dos balanços de modo a que as ordens de grandeza dos módulos dos momentos negativo e positivo sejam o mais próximo possível. Engº. Sérgio Paulino Mourthé de Araujo - M.Sc em Geotecnia

2.3) Dimensionamento de sapatas com pilares próximos – Sapata associada Exemplo 4: Projetar uma sapata associada para os pilares P1 e P2 indicados a seguir, sendo a taxa no solo igual a 0,3 MPa para os seguintes casos: 1º Caso: P1 = P2 = 1.600 kN


2.3) Dimensionamento de sapatas com pilares próximos – Sapata associada Exemplo 4: Projetar uma sapata associada para os pilares P1 e P2 indicados a seguir, sendo a taxa no solo igual a 0,3 MPa para os seguintes casos: 1º Caso: P1 = P2 = 1.600 kN


2.3) Dimensionamento de sapatas com pilares próximos – Sapata associada Exemplo 4: Projetar uma sapata associada para os pilares P1 e P2 indicados a seguir, sendo a taxa no solo igual a 0,3 MPa para os seguintes casos: 2º Caso: P1= 1.500 kN e P2= 1.700 kN

Neste caso, a obtenção da sapata mais econômica torna-se difícil pois as cargas nos pilares são diferentes. Adota-se para a/2 (metade do comprimento da sapata) a distância do centro de carga à face externa do pilar mais afastado, medida sobre o eixo da viga, acrescida de um valor arbitrário, a critério do projetista. No presente exercício adotou-se:


2.3) Dimensionamento de sapatas com pilares próximos – Sapata associada Exemplo 4: Projetar uma sapata associada para os pilares P1 e P2 indicados a seguir, sendo a taxa no solo igual a 0,3 MPa para os seguintes casos: 2º Caso: P1= 1.500 kN e P2= 1.700 kN


2.4) Dimensionamento de sapatas de pilares de divisa – Sapatas de divisa • Quando o pilar se situa junto à divisa do terreno, não se pode avançar com a sapata no terreno do vizinho, o que torna a sapata excêntrica em relação ao eixo do pilar. • Nesse caso é necessário o emprego de uma viga alavanca (ou de equilíbrio) ligada a outro pilar para absorver o momento proveniente da excentricidade e. A distribuição de tensões na superfície de contato não é mais uniforme.


2.4) Dimensionamento de sapatas de pilares de divisa – Sapatas de divisa Tomando-se os momentos em relação ao ponto de aplicação da carga P2, obtemos a reação na sapata de divisa, onde s é a distância entre os CG’s dos pilares:

Entretanto, o valor da excentricidade e depende do lado B1 que é uma das dimensões procuradas, onde f é uma folga necessária para acomodar a fôrma (aprox. 2,5 cm):

Então como o número de incógnitas é maior que o número de equações, o problema deve ser resolvido por tentativas, adotando-se um valor para uma das incógnitas (normalmente 1,2 P1).

A viga alavanca é ligada a um pilar central, logo, a carga P2 sofre um alívio , porém, no dimensionamento considera-se apenas a metade desse alívio, o que se justifica pela parcela de carga acidental que pode não estar atuando.

2.4) Dimensionamento de sapatas de pilares de divisa – Sapatas de divisa • O sistema pode ser calculado para a viga sobre dois apoios (R1 e R2), recebendo as duas cargas P1 e P2, sendo R1 > P1 e, portanto R2 < P2. • Tomando-se os momentos em relação ao eixo P2/R2, tem-se:

• Como a área da sapata As é função de R1 devemos conhecer R1. Porém da equação anterior, R1 é função da excentricidade e; que por sua vez depende do lado B, que é uma das dimensões procuradas. Trata-se de um problema de solução por tentativas. • Como é sabido que R1 > P1, toma-se um valor estimado de R1 (> P1) para uma primeira tentativa. Geralmente, procura-se tomar L/B= 2 a 3; e a primeira tentativa para R1 de 1,10 P a 1,30 P. • No caso da viga alavanca não ser ligada a um pilar central (logo P2= 0), é necessário utilizar de um bloco de contrapeso ou estacas de tração para absorver o alívio ∆P. Neste caso, a prática recomenda que seja considerado o alívio total, ou seja, ∆P= R1 – P1, a favor da segurança. • O valor do acréscimo ∆P (ou do alívio em R2) pode ser obtido diretamente pela expressão:


2.4) Dimensionamento de sapatas de divisa – Esquema geral de cálculo


2.4) Dimensionamento de sapatas de pilares de divisa – Sapatas de divisa • Não é raro ocorrer que mais de uma viga alavanca estejam ligadas a um mesmo pilar central. Nesse caso, o dimensionamento de cada sapata de divisa é realizado independentemente, obtendo-se um alívio para cada uma delas. No pilar central, considera-se a metade da soma dos alívios. • É comum acontecer que o eixo da viga alavanca não seja ortogonal à divisa do terreno. Nesse caso o dimensionamento é semelhante ao visto anteriormente devendo-se tomar os seguintes cuidados adicionais: – O centro de gravidade da sapata de divisa deve estar sobre o eixo da viga alavanca; – As faces laterais (no sentido da menor direção) da sapata da divisa devem ser paralelas ao eixo da viga alavanca para evitar a introdução de momento de torção significativo na viga.


2.4) Dimensionamento de sapatas de pilares de divisa – Sapatas de divisa

• Quando o eixo da viga alavanca não é normal à divisa do terreno, nos cálculos é conveniente tomar as cotas como projeções na direção normal à divisa.

• Pilar no alinhamento: Estando o pilar situado junto ao alinhamento da calçada permite-se geralmente um avanço de até 1,0 metro para a execução da sapata. Esse avanço todavia não deve ser maior que 2/3 da largura da calçada. Recomenda-se consultar o código de obras do município.


2.5) Dimensionamento de sapatas associadas na divisa: • Se o pilar da divisa estiver próximo do pilar central, pode ser interessante a adoção de uma sapata associada do que a utilização de viga alavanca. Entretanto é necessário a análise de dois casos particulares: 2.5.1) O pilar de divisa tem carga menor do que o pilar central: • Nesse caso, pelo fato do CG estar mais próximo do pilar central (P2), o valor de a/2 será obtido calculando-se a distância do centro de carga à divisa e descontando-se 2,5 cm. O valor de b será então:


2.5) Dimensionamento de sapatas associadas na divisa: •

Outra maneira de cálculo para sapatas associadas de divisa com carga menor que do pilar central:


2.5) Dimensionamento de sapatas associadas na divisa: Exemplo 5: Projetar uma viga de fundação para os pilares P1 e P2 indicados abaixo, adotando-se uma tensão admissível para o solo de 0,3 MPa:


2.5) Dimensionamento de sapatas associadas na divisa: 2.5.2) O pilar de divisa tem carga maior que o pilar central:

•

Nesse caso o ponto de aplicação da resultante estará mais próximo do pilar P1 e, portanto, a sapata deverá ter a forma de um trapézio. O valor de y é dado pela expressão:


2.5) Dimensionamento de sapatas associadas na divisa: •

O problema é resolvido seguindo o roteiro abaixo:

a) Calculado o valor de y, que é a distância do CG até a face externa do pilar de divisa (P1), impõe-se para c um valor c < 3y visto que, para c=3y, a figura que se obtém é um triângulo (b=0). b) Calcula-se a seguir a área do trapézio:

que pelo fato de c ser conhecido, permite calcular a parcela (a+b) = 2A / c.

c) Como y também é conhecido, pode-se escrever:

e conseqüentemente, calcular o valor de b: •

Se o valor de b for maior ou igual a 60 cm, o problema está resolvido; caso contrário, volta-se ao passo “a” e diminui-se o valor de c repetindo-se o processo. Engº. Sérgio Paulino Mourthé de Araujo - M.Sc em Geotecnia

2.5) Dimensionamento de sapatas associadas na divisa: Exemplo 6: Dados os pilares P1 e P2 indicados abaixo, projetar uma viga de fundação sendo a tensão admissível do solo de 0,3 MPa:


3) Prescrições da Norma NBR – 6122/2010 3.1) Tensão admissível •

Devem ser considerados os seguintes fatores na determinação da tensão admissível:

a) Profundidade da fundação; b) Dimensão e forma dos elementos de fundação;

c) Características geomecânicas do subsolo; d) Influência do lençol d’água; e) Eventual modificação das características do solo (colapsíveis, expansivos, etc.) devido a agentes externos (alívio de tensões, encharcamento, ou ambos); f)

Características ou peculiaridades da obra (em especial a rigidez da estrutura);

g) Sobrecargas externas.


3) Prescrições da Norma NBR – 6122/2010 Metodologia para determinação da tensão admissível: Critérios de obtenção: a) Métodos teóricos: Uma vez conhecidas as características de compressibilidade e resistência do solo, a tensão admissível pode ser determinada por meio de teoria desenvolvida pela Mecânica dos Solos. Faz-se um cálculo da capacidade de carga à ruptura; a partir desse valor, a pressão admissível é obtida pela introdução de um fator de segurança igual ao recomendado pelo autor da teoria. O fator de segurança deve ser compatível com a precisão da teoria e com o grau de conhecimento das características do solo e nunca inferior a 3. A seguir faz-se uma verificação dos recalques para essa tensão, que se conduzir a valores aceitáveis, será confirmada como admissível; caso contrário, o valor da tensão admissível deverá ser reduzido até que se obtenha um recalque aceitável. b) Prova de carga sobre placa: Realizado de acordo com NBR-6489, cujos resultados devem ser interpretados de modo a levar em conta as relações de comportamento entre a placa e a sapata real, bem como as características de solo influenciadas pela placa e pela fundação. Engº. Sérgio Paulino Mourthé de Araujo - M.Sc em Geotecnia

3) Prescrições da Norma NBR – 6122/2010 c) Métodos semi-empíricos: São aqueles em que as propriedades dos materiais são estimadas com base em correlações e são usadas em teorias da Mecânica dos Solos, adaptadas para incluir a natureza semi-empírica do método. Quando utilizados devem apresentar justificativas, indicando a origem das correlações, etc..

d) Métodos empíricos: São aqueles pelos quais se chega a uma tensão admissível com base na descrição do terreno (classificação e determinação da compacidade e da consistência através de investigações de campo e/ou laboratoriais). Esses métodos encontram-se usualmente sob a forma de tabelas de pressões básicas, onde os valores apresentados servem para orientação inicial. A “Tabela 4” a seguir apresenta valores de tensão admissível segundo a NBR-6122/96. O uso dessa tabela deve ser restrito a cargas não superiores a 1.000 kN por pilar.


3) Prescrições da Norma NBR – 6122/2010









3) Prescrições da Norma NBR – 6122/2010 3.2) Dimensionamento: •

As fundações superficiais devem ser definidas por meio de dimensionamento geométrico e de cálculo estrutural.

3.2.1) Dimensionamento geométrico:

•

Nesse dimensionamento devem-se considerar as seguintes solicitações: – Cargas centradas; – Cargas excêntricas; – Cargas horizontais.

•

A área da fundação solicitada por cargas centradas deve ser tal que a tensão transmitida ao terreno, admitida uniformemente distribuída, seja menor ou igual a tensão admissível.

•

Diz-se que uma fundação é solicitada a carga excêntrica quando: –

Uma força vertical cujo eixo não passa pelo centro de gravidade da superfície de contato da fundação com o solo; Engº. Sérgio Paulino Mourthé de Araujo - M.Sc em Geotecnia


–

Forças horizontais situadas fora do plano da base da fundação;

–

Qualquer outra composição de forças que gerem momentos na fundação.

•

No dimensionamento de uma fundação solicitada por uma carga excêntrica (V), pode-se considerar como área efetiva (A) da fundação, conforme apresentado na “Figura 2” no slide a seguir. Nessa área efetiva atua uma tensão uniformemente distribuída obtida pela equação:

•

A tensão uniformemente distribuída deve ser comparada à tensão admissível com a qual deve ser feito o dimensionamento estrutural da fundação.

•

Para equilibrar a força horizontal que atua sobre uma fundação em sapata ou bloco, podese contar com o empuxo passivo e com o atrito entre o solo e a base da fundação. O coeficiente de segurança ao deslizamento deve ser pelo menos igual a 1,5.



3) Prescrições da Norma NBR – 6122/2010 3.2.2) Dimensionamento estrutural: •

Deve ser feito de maneira a atender às NBR-6118, NBR-7190 e NBR-8800.

•

As sapatas para pilares isolados, as vigas de fundação e as sapatas corridas podem ser calculadas, dependendo de sua rigidez, como placas ou pelo método das bielas. Em qualquer um dos casos deve-se considerar:

a) Quando calculadas como placas deve-se considerar o puncionamento, podendo-se levar em conta o efeito favorável da reação do terreno sobre a fundação na área sujeita ao puncionamento. b) Para efeito de cálculo estrutural as tensões na base da fundação podem ser admitidas como uniformemente distribuídas, exceto no caso de fundações apoiadas sobre rocha. c) Para efeito de cálculo de fundações apoiadas sobre rochas o elemento estrutural deve ser calculado como peça rígida, adotando-se o diagrama de distribuição mostrado abaixo.

3) Prescrições da Norma NBR – 6122/2010: Procedimentos Construtivos 3.3) Dimensão mínima: •

Em planta, as sapatas ou os blocos não devem ter dimensões inferiores a 60 cm.

3.4) Profundidade mínima: •

A base de uma fundação deve ser assente a uma profundidade tal que assegure que a capacidade de carga do solo de apoio não seja influenciada pelas variações sazonais de clima ou alterações de umidade.

•

Nas divisas com terrenos vizinhos, salvo quando a fundação for assente sobre rocha, tal profundidade não deve ser inferior a 1,5 m. Em casos de obras cujas sapatas ou blocos estejam majoritariamente previstas com dimensões inferiores a 1,0 m essa profundidade mínima pode ser reduzida.

3.5) Fundações em terrenos acidentados: •

Nos terrenos com topografia acidentada, a implantação de qualquer obra e de suas fundações deve ser feita de maneira a não impedir a utilização satisfatória dos terrenos vizinhos. Engº. Sérgio Paulino Mourthé de Araujo - M.Sc em Geotecnia

3) Prescrições da Norma NBR – 6122/2010: Procedimentos Construtivos 3.6) Lastro: •

Em fundações que não se apóiam sobre rocha, deve-se executar anteriormente à sua execução uma camada de concreto simples de regularização de no mínimo 5 cm de espessura, ocupando toda a área da cava da fundação.

•

Nas fundações apoiadas em rocha, após o preparo da superfície (chumbamento, escalonamento em superfícies horizontais), deve-se executar um enchimento de concreto de modo a se obter uma superfície plana e horizontal (regularização). O concreto a ser utilizado deve ter resistência compatível com a pressão de trabalho da sapata.

3.7) Fundação em cotas diferentes: •

No caso de fundações próximas, porém situadas em cotas diferentes, a reta de maior declividade deve fazer, com a vertical, um ângulo a como mostrado abaixo. A fundação situada em cota mais baixa deverá ser executada em primeiro lugar.

Engº. Sérgio P M de Araujo - M.Sc em Geotecnia

4) Procedimentos Construtivos – Sapatas Isoladas e Corridas

4.1) Procedimentos Construtivos – Sapatas Isoladas Escavação: Seguindo a orientação do projeto de fundações, inicia-se a escavação da área a receber as sapatas até a cota de apoio.


4.1) Procedimentos Construtivos – Sapatas Isoladas

Regularização: Com a área escavada e compactada, o passo seguinte é depositar concreto magro na área escavada, nivelando com o auxílio de régua e colher. Essa camada de regularização, que deve ter 5 cm de espessura no mínimo, é importante para garantir que a umidade do solo não ataque a armadura da sapata.



Preparação das laterais: Não só o fundo, mas também as laterais precisam receber concreto. Por isso, as laterais de toda a área escavada devem ser “chapiscadas”.



Marcação dos pilares:

Com a vala preparada, inicia-se a marcação dos pilares. Para tanto, são fixadas estacas de madeira nos pontos indicados pelo projetista.



Conferência: A checagem do nível é um procedimento imprescindível para garantir boa marcação dos pilares.



Armação: Depois de definida a localização de todos os pilares, tem início a inserção da armação, sempre seguindo a orientação do projeto de fundações.



Saída para os pilares: Com o auxílio de arames de aço, são presos também os ferros especiais de arranque dos pilares.



Concretagem: A concretagem também deve ser feita, de acordo com as especificações do projetista, até a parte superior da sapata. A betoneira pode ser utilizada se a quantidade de concreto ou a velocidade de concretagem assim o exigirem. Engº. Sérgio Paulino Mourthé de Araujo - M.Sc em Geotecnia


Finalização: A armação do pilar deve ser montada a partir dos ferros de arranque. Só então serão colocadas as fôrmas do pilar para o prosseguimento da concretagem Obs.: Após a desforma do pilar, deve-se fazer o reaterro da cava da sapata.

Sapatas isoladas em formato cônico retangular apresentam baixo consumo de concreto, sendo que, cada elemento de fundação recebe as cargas de apenas um pilar .



Fundações rasas como as sapatas se caracterizam quando a camada de suporte está a até 2 m de profundidade da superfície.


4.2) Caso de Obra: Rua Arthur de Sá - Bairro União

Detalhe do perfil de solo obtido da escavação de uma cava – Detalhe da cava ainda com perfil a retirar para confecção da sapata – Vista geral da obra com parte da fundação em estacas metálicas e cavas para sapatas (observar nível de água na escavação).



Afloramento rochoso no fundo de uma cava para sapatas. Necessidade de nivelamento?!?!

Detalhe do fundo da cava mostrando o afloramento rochoso e a grande dificuldade de escavação e nivelamento da cava.



Vista superior da cava apresentando afloramento rochoso com mergulho aproximado de 60º com presença de água no funda da escavação.

Detalhe de perfuração com utilização de perfuratriz pneumática para desmonte da rocha nas cavas.



Detalhe de sapata concluída.

Detalhe de poço para rebaixamento do nível de água com objetivo de favorecer as escavações das cavas das estacas. Observar ao fundo que a estrutura do prédio já se encontra em avançado estágio na região onde foram executadas fundações profundas.



Vista geral das escavações para conclusão das sapatas.

Detalhe de sapatas concluídas dentro de cava única.



Vista geral das escavações e desmonte em rocha para as cavas das sapatas.


4.2) Procedimentos Construtivos – Sapatas Corridas

Escavação da sapata corrida

Armação da sapata corrida

• É uma viga em formato trapezoidal que transmite a carga das paredes diretamente ao solo. • É utilizada em obras pequenas, normalmente sem a utilização de pilares na estrutura. Sapata corrida concretada.


5) Sapatas Submetidas a Flexo-Compressão •

Normalmente os pilares com maior inércia de um edifício absorvem os momentos e esforços horizontais provenientes do vento que atua na lateral da estrutura. Esses esforços chegam no nível das fundações e devem ser dissipados no solo pela sapata.

•

No caso de ação axial, a tensão admissível a ser adotada no dimensionamento da sapata é considerada em seu total. No entanto, quando a sapata é submetida a uma excentricidade de carregamento muito grande, tensões de tração podem ocorrer em um lado da sapata, o que não é aceitável, pois entre o solo e a sapata não pode haver tensão de tração.

•

Quando uma sapata está submetida a esforços de flexo-compressão desde que os momentos sejam provenientes de cargas acidentais tais como vento, a tensão deve ser verificada pela seguinte expressão:


5) Sapatas Submetidas a Flexo-Compressão

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O núcleo central de inércia é uma área cujo centro geométrico coincide com o centro geométrico da sapata, onde se a força normal estiver localizada, em qualquer ponto do núcleo, não ocorrerá tensões de tração na sapata. A área do núcleo central é determinada geometricamente pelas retas onde a força pode estar localizada e provocar tensões nulas nos vértices da seção como mostra a figura anterior (b). Engº. Sérgio Paulino Mourthé de Araujo - M.Sc em Geotecnia


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O valor da tensão máxima na borda mais comprimida da sapata deve ser limitado ao valor da tensão admissível do solo, com a qual deve ser feito o dimensionamento estrutural da fundação.

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Quando forem levadas em consideração todas as combinações possíveis entre os diversos tipos de carregamentos previstos pelas normas estruturais, inclusive a ação do vento, poderse-á, na combinação mais desfavorável, majorar 30% os valores admissíveis das tensões no terreno, logo σ ≤ 1,3 σadm. Entretanto, esses valores admissíveis não podem ser ultrapassados quando consideradas apenas as ações permanentes e acidentais.

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O valor da tensão máxima é obtido através de princípios básicos da resistência dos materiais relacionados ao caso geral de ação excêntrica. A distribuição de tensões depende do ponto de aplicação da ação; no entanto, este ponto limita-se a uma região, de modo que não ocorram tensões de tração entre o solo e a sapata.


5) Sapatas Submetidas a Flexo-Compressão A.1) Caso de excentricidade em uma direção e em que o ponto de aplicação da ação está dentro do núcleo central de inércia (e < a/6):

A.2) Caso de excentricidade em uma direção e em que o ponto de aplicação da ação está no limite do núcleo central de inércia (e= a/6):

A.3) Caso de excentricidade em uma direção e em que o ponto de aplicação da ação está fora do limite do núcleo central de inércia (e> a/6):




5) Sapatas Submetidas a Flexo-Compressão B) Excentricidade nas duas direções: •

O equilíbrio é obtido com o diagrama linear das tensões atuando em apenas uma parte da seção. Portanto, tem-se:

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Segundo CAPUTO (1978) dividindo-se a área da base da sapata em regiões conforme indicado a seguir, a obtenção da tensão máxima depende das coordenadas ex e ey que definem o ponto de aplicação da ação e caracteriza a zona na qual está sendo aplicada tal ação. Engº. Sérgio Paulino Mourthé de Araujo - M.Sc em Geotecnia


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Zona 1: Esta região corresponde ao núcleo central de inércia da sapata:

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Zona 2: É inaceitável a aplicação da ação nessa região, pois o centro de gravidade da sapata estaria na região tracionada. Engº. Sérgio Paulino Mourthé de Araujo - M.Sc em Geotecnia


Zona 3: A região comprimida corresponde a área hachurada (a seguir). O eixo neutro fica definido pelos parâmetros s e a.

O valor de s, de a e da tensão máxima podem ser obtidos através das expressões:

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Zona 4: A região comprimida corresponde a área hachurada (a seguir). O eixo neutro fica definido pelos parâmetros t e b.

O valor de s, de b e da tensão máxima podem ser obtidos através das expressões:



Zona 5: A região comprimida corresponde a área hachurada (abaixo). A tensão máxima é calculada pela expressão a seguir:


6) Verificação de projeto •

O projeto de fundações diretamente apoiadas sobre o solo deve passar necessariamente pela verificação dos seguintes itens:

a) Análise da viabilidade técnica e executiva da solução adotada observando os seguintes aspectos: a.1) Homegeneidade do solo abaixo do apoio; a.2) Necessidade de escavações muito profundas para atingir solos resistentes; a.3) Estabilidades laterais das cavas. b) Adoção de tensões admissíveis corretas (confirmar capacidades de cargas). c) Área da sapata projetada deve ser maior ou igual à relação entre a carga do pilar e a tensão admissível do solo. d) A locação do centro da sapata deve coincidir com o centro de gravidade do pilar ou centro de carga de dois ou mais pilares. e) Devem ser verificados à parte os pilares submetidos a flexo-compressão no que refere a tensões máximas e mínimas. Engº. Sérgio Paulino Mourthé de Araujo - M.Sc em Geotecnia

6) Verificação de projeto – Exemplo:


6) Verificação de projeto


6) Verificação de projeto


7) Problemas executivos e prováveis soluções


Capitulo 5 - Procedimentos Gerais de Projeto de Sapatas

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