FUNDAÇÕES DIRECTAS CORRENTES

Transcrição

1 FUNDAÇÕES DIRECTAS CORRENTES Autor: Eng.º Abílio Lopes e Prof. Jorge de Brito Coordenação: Prof. F. A. Branco, Prof. Jorge de Brito, Prof. Pedro Vaz Paulo e Prof. João Pedro Correia 1/48

2 ÍNDICE 1. INTRODUÇÃO 1.1. Fundações 1.2. Interacção terreno - fundação - estrutura 1.3. Exigências funcionais 2. TIPOS E FUNÇÕES 2.1 Classificação 2.2. Fundações directas - superficiais 3. INFORMAÇÃO GEOTÉCNICA 3.1. Introdução 3.2. Prospecção geotécnica 4. REFERÊNCIAS 2/48

3 1. INTRODUÇÃO 3/48

4 1. INTRODUÇÃO 1.1. Fundações Conjunto de elementos estruturais das construções, cuja finalidade é a de transmitir as cargas da superstrutura ao terreno. Dependendo das cargas da construção e do tipo de solo em que se apoiam, as fundações podem ser (i) superficiais ou directas, (ii) semi-profundas ou (iii) profundas. Superficiais / directas - sapatas Profundas - estacas 4/48

5 OBJECTIVO DAS FUNDAÇÕES 1. INTRODUÇÃO 1.1. Fundações Assegurar a ligação entre qualquer estrutura e o terreno; Tecnologia Processos de da Construção de Edifícios Mestrado Licenciatura Integrado em Engenharia em Engenharia Civil Civil transferir as cargas das estruturas, para o terreno; elementos fundamentais na estabilidade das estruturas. As fundações podem ser definidas como elementos estruturais de transição entre a estrutura de uma construção e o terreno sobre o qual ela se apoia, a fim de transmitir com segurança as solicitações oriundas da construção. 5/48

6 1. INTRODUÇÃO 1.2. Interacção terreno - fundação - estrutura ACÇÕES ESTRUTURA VENTO SISMOS FUNDAÇÃO TERRENO 6/48

7 1. INTRODUÇÃO 1.3. Exigências funcionais Segurança e fiabilidade Durabilidade Utilidade funcional Economia Profundidade adequada Segurança em relação à rotura Assentamentos aceitáveis 7/48

8 2. TIPOS E FUNÇÕES 8/48

9 TIPOS DE CLASSIFICAÇÕES: Quanto à transmissão de cargas: (i) superficiais ou directas D < 4B (ii) semi-profundas 4B < D < 10B (iii) profundas ou indirectas D > 10B B - menor dimensão em planta D - profundidade do plano de fundação L - comprimento da sapata 2. TIPOS E FUNÇÕES Profundidade de transmissão de cargas - superficiais e profundas Método construtivo - métodos correntes e especiais Material de construção - betão, alvenaria, madeira, metálicas Sapata isolada Fundação directa Terreno de fundação 2.1. Classificação D L B 9/48

10 2. TIPOS E FUNÇÕES 2.2. Fundações directas - superficiais A situação mais simples de fundação directa ou superficial, é o caso de uma sapata isolada, com um pilar: B - menor dimensão em planta D - profundidade do plano de fundação L - comprimento da sapata Sapata isolada D B L Terreno de fundação 10/48

11 2. TIPOS E FUNÇÕES 2.2. Fundações directas - superficiais As solicitações (cargas) são transmitidas ao terreno exclusivamente pela face inferior do elemento de fundação e a pequenas profundidades. 11/48

12 2. TIPOS E FUNÇÕES 2.2. Fundações directas - superficiais Tipos de fundações directas: a) sapatas isoladas; b) sapatas contínuas; c) sapatas agrupadas por vigas de fundação; d) grelhas de fundação; e) ensoleiramentos gerais (com capitéis, nervurados ou não). Sapata contínua Sapatas agrupadas por vigas de fundação 12/48

13 a) SAPATAS ISOLADAS Sapata isolada excêntrica em duas direcções D 2. TIPOS E FUNÇÕES 2.2. Fundações directas - superficiais Sapata isolada centrada Terreno de fundação D L Sapata isolada excêntrica numa direcção D B B B L L 13/48

14 2. TIPOS E FUNÇÕES 2.2. Fundações directas - superficiais Sapata isolada centrada terreno com características constantes; Terreno de fundação ADEQUAÇÃO DO TIPO DE TERRENO AO TIPO DE FUNDAÇÃO níveis de carregamento, pequenos a médios; superstrutura sem exigências especiais, relativas a assentamentos diferenciais; cargas concentradas e afastadas. D L B 14/48

15 2. TIPOS E FUNÇÕES 2.2. Fundações directas - superficiais b) SAPATAS CONTÍNUAS NUAS / CORRIDAS Sapata contínua D Terreno de fundação L B 15/48

16 2.2. Fundações directas - superficiais - proximidade de várias sapatas isoladas num determinado alinhamento; - sapata em que L >> B (na prática, L > 10B); - cargas distribuídas por elementos de painel. fundação de uma parede / núcleo; fundação de um muro de suporte; terrenos não uniformes; níveis elevados de carregamento; pouca capacidade resistente do terreno. 2. TIPOS E FUNÇÕES Terreno D L B 16/48

17 2. TIPOS E FUNÇÕES 2.2. Fundações directas - superficiais c) SAPATAS AGRUPADAS POR VIGAS DE FUNDAÇÃO terreno não uniformes; níveis de carregamento médios / elevados; superstrutura com exigências especiais, relativas a assentamentos diferenciais; junto a sapatas excêntricas ou a muros de suporte, cujas sapatas não estão auto-equilibradas; em regiões sísmicas. 17/48

18 2. TIPOS E FUNÇÕES 2.2. Fundações directas - superficiais Sapata contínua 18/48

19 d) GRELHAS DE FUNDAÇÃO 2. TIPOS E FUNÇÕES 2.2. Fundações directas - superficiais Correspondem a vigas de fundação a ligar a base dos pilares, prescindindo-se de sapatas sob os mesmos. Podem constituir uma boa opção (p.e. relativamente a sapatas agrupadas por vigas ou aos ensoleiramentos gerais), quando as cargas transmitidas pelos pilares são pequenas, o nível freático é baixo e se verifica uma (ou mais) das seguintes situações: variabilidade das características do terreno de fundação; sensibilidade da superstrutura a assentamentos diferenciais; sismicidade da região; existência de sapatas excêntricas ou de muros de suporte cujas sapatas não estejam auto-equilibradas. 19/48

20 2. TIPOS E FUNÇÕES 2.2. Fundações directas - superficiais e) ENSOLEIRAMENTO GERAL Correspondem a lajes de planta extensa (em geral, ocupam a área de implantação do edifício) e espessura relativamente pequena. carregamentos muito elevados na totalidade ou em parte significativa da fundação; terreno com características mecânicas elevadas apenas a grande profundidade; terreno superficial fraco, mas susceptível de receber cargas; 20/48

21 2. TIPOS E FUNÇÕES 2.2. Fundações directas - superficiais rigidez da laje - uniformização de tensões transmitidas ao terreno. superstrutura sensível a assentamentos diferenciais; solução por sapatas isoladas ocupa mais de 50% da implantação; nível freático próximo ou acima do piso térreo. Distribuição de pressões em profundidade: Sapatas isoladas Ensoleiramento geral Pressões 21/48

22 2.2. Fundações directas - superficiais TIPOS DE ENSOLEIRAMENTO GERAL Espessura constante 2. TIPOS E FUNÇÕES Laje aligeirada com vazios Espessura variável Laje vigada (nervurada) 22/48

23 SAPATA ISOLADA 2. TIPOS E FUNÇÕES 2.2. Fundações directas - superficiais SAPATA CORRIDA ENSOLEIRAMENTO SAPATA LIGADA POR VIGAS DE FUNDAÇÃO 23/48

24 2. TIPOS E FUNÇÕES 2.2. Fundações directas - superficiais DISTRIBUIÇÃO DE PRESSÕES EM PROFUNDIDADE antes depois Estrato compressível 24/48

25 3. INFORMAÇÃO GEOTÉCNICA 25/48

26 3. INFORMAÇÃO GEOTÉCNICA 3.1. Introdução QUE TIPO DE FUNDAÇÃO UTILIZAR? Para responder a esta pergunta torna-se necessário efectuar uma análise rigorosa ao terreno, que terá as seguintes fases: reconhecimento do local e da região; prospecção geotécnica - espessura e propriedades das diferentes formações do terreno até uma que se saiba ter uma boa capacidade de carga; estudo dos níveis de águas subterrâneas; ensaios in situ e laboratoriais sobre amostras. 26/48

27 3. INFORMAÇÃO GEOTÉCNICA Tensões de segurança à rotura (kgf/cm 2 ) 3.1. Introdução Solos incoerentes Rochas Solos coerentes Rochas duras e sãs 100 Rochas pouco duras ou medianamente alteradas 30 Rochas brandas ou muito alteradas 10 seco / submerso Areias e misturas areia - seixo, bem graduadas e compactas Areias e misturas areia - seixo, bem graduadas mas soltas Areias uniformes compactas Areias uniformes soltas Solos coerentes rijos 4-6 Solos coerentes muito duros 2-4 Solos coerentes duros 1-2 Solos coerentes de consistência média Solos coerentes moles - Solos coerentes muito moles (incluindo lodos) Turfas e depósitos turfosos - Aterros e entulhos - 27/48

28 3. INFORMAÇÃO GEOTÉCNICA 3.1. Introdução Notas sobre o estabelecimento dos valores anteriores da tensão de rotura: - fundações horizontais a 0.5 m de profundidade sob cargas estáticas verticais; - coeficiente de segurança de 2.0 em relação à capacidade de carga por corte do terreno de fundação; - para solos incoerentes, valores referem-se a larguras da sapata de 1.0 m. 28/48

29 3. INFORMAÇÃO GEOTÉCNICA 3.1. Introdução PROCESSO DE ESCOLHA DO TIPO DE FUNDAÇÃO INFORMAÇÃO GEOTÉCNICA TIPO DE ESTRUTURA ACÇÕES DE CARREGAMENTO Características do terreno em profundidade em termos de resistência e deformabilidade Limitações construtivas no local (equipamento e espaço disponíveis) e valor patrimonial do terreno Grandeza das solicitações a transmitir ao terreno Análise de soluções viáveis Soluções viáveis / final 29/48

30 NATUREZA DO TERRENO Para uma mesma estrutura A NATUREZA CONDICIONA DO TERRENO Argiloso ensaiar amostras inalteradas Arenoso com intercalações ou bolsas de silte ou argila 3. INFORMAÇÃO GEOTÉCNICA Método de prospecção 3.1. Introdução Avaliar assentamentos e seu ritmo Não se justifica um programa amplo de ensaios Determinar características de amostras representativas e adequado número de ensaios de penetração 30/48

31 3. INFORMAÇÃO GEOTÉCNICA 3.1. Introdução RECONHECIMENTO DO LOCAL E DA REGIÃO Recolha de toda a informação disponível sobre as condições do terreno (características e resistências das diversas camadas do solo) e o comportamento das estruturas na vizinhança: características topográficas e geológicas do local e da região; registo de sondagens e outras operações de prospecção anteriormente realizadas no local; perturbações devidas a deslocamento de terras; tipo de estruturas existentes e seu comportamento; marcas de cheias em edifícios antigos; níveis de água no subsolo (poços, escavações); cotas de afloramento de rochas; perfis geológicos de cortes ou escavações existentes (estradas, caminhos de ferro, pedreiras, etc.); colheita de amostras características, fotografias; informação sobre o clima, acessos, materiais de construção/equips.; contactos com autoridades locais, técnicos, etc. 31/48

32 3. INFORMAÇÃO GEOTÉCNICA RECOLHA DE DOCUMENTAÇÃO 3.1. Introdução cartas topográficas, cadastrais, geológicas; cartas de solos / cartas de sismicidade; artigos e relatórios sobre prospecção e geologia locais; registos de elementos hidrológicos e maregráficos; casos históricos e fotografia aérea. Especificação LNEC E Recolha de informação Classificação do terreno de fundação Estimativa das propriedades 32/48

33 RECOLHA DE INFORMAÇÃO 3. INFORMAÇÃO GEOTÉCNICA LOCAIS CONHECIDOS E URBANIZADOS Cartas topográficas 3.1. Introdução recentes A SUA COMPARAÇÃO antigas permite identificar - zonas de aterro e suas espessuras 33/48

34 3. INFORMAÇÃO GEOTÉCNICA ESCOLHA DA SOLUÇÃO DE FUNDAÇÃO 3.1. Introdução quando as características superficiais dos terrenos satisfazem as exigências da natureza da obra, opta-se por fundações directas / superficiais; normalmente, não se usam fundações diferentes numa mesma obra. no entanto, dependendo das condições do terreno e do tipo da estrutura, pode-se recorrer a soluções mistas através de juntas. 34/48

35 3. INFORMAÇÃO GEOTÉCNICA 3.2. Prospecção geotécnica Aterro Areias argilosas Alteração de rocha compacta Rocha Com o diagnóstico possível, há que confirmá-lo, utilizando a prospecção por sondagens ou outros métodos. Contudo, há que ter presente que a sondagem dá indicações pontuais, mais ou menos extrapoláveis conforme a regularidade do terreno em causa. Em muitos casos, reduz-se a prospecção a poucas sondagens com recolha de amostras perturbadas e ensaios de penetração normalizados (SPT). QuickTime and a GIF decompressor are needed to see this picture. 35/48

36 3. INFORMAÇÃO GEOTÉCNICA 3.2. Prospecção geotécnica Problemas MUITO variáveis; terrenos apresentam propriedades indefinidas e não controláveis ao contrário de, por exemplo, o aço ou o betão; não são possíveis a caracterização e definição exactas Adopção de programas suficientemente progressivos e flexíveis para se adaptarem a eventuais circunstâncias adversas, dentro de aceitáveis limites de custos, riscos e tempo de execução. 36/48

37 3. INFORMAÇÃO GEOTÉCNICA 3.2. Prospecção geotécnica NÚMERO E DISPOSIÇÃO DAS OPERAÇÕES DE PROSPECÇÃO A disposição e espaçamento de poços e outras sondagens revelam qualquer modificação importante na ESPESSURA PROFUNDIDADE ESTRUTURA ou propriedades das formações interessadas. O número e o tipo das operações de prospecção necessárias VARIAM COM as dimensões e a a natureza da estrutura a fundar, as características do terreno; e a existência ou não de adequados registos geológicos. 37/48

38 PROFUNDIDADE DAS SONDAGENS A profundidade a ser alcançada pelas sondagens deve ser fixada, levando-se em conta a distribuição de pressões no terreno. Na prática, D (0.8 a 1.0) P * B D e B em metros B - menor dimensão da fundação P - kgf/cm 2 3. INFORMAÇÃO GEOTÉCNICA Sapatas isoladas 3.2. Prospecção geotécnica Estrato compressível Ensoleiramento geral D 38/48

39 3. INFORMAÇÃO GEOTÉCNICA 3.2. Prospecção geotécnica Ensaio SPT (Standard( Penetration Test) O SPT é um ensaio dinâmico que consiste em cravar no fundo de um furo de sondagem, devidamente limpo, um amostrador normalizado. O SPT foi desenvolvido em1927 e é hoje um dos ensaios mais correntemente utilizados e o mais económico para obter informação sobre solos de fundações. Estima-se que 85% a 90% das fundações convencionais nos EUA Usem o SPT. O método foi estandardizado em 1958 como norma ASTM D1586. Na região de Lisboa (até1991) realizaram-se mais de ensaios em cerca de 1800 sondagens, sendo o primeiro datado de /48

40 3. INFORMAÇÃO GEOTÉCNICA 3.2. Prospecção geotécnica Ensaio SPT (Standard( Penetration Test) A cravação é feita recorrendo-se a um pilão com 63.5 kgf que cai livremente de uma altura de ~76 cm, sobre um batente que por sua vez está ligado a um trem de varas, cuja ponta é um amostrador normalizado. Amostrador 40/48

41 3. INFORMAÇÃO GEOTÉCNICA 3.2. Prospecção geotécnica Ensaio SPT (Standard( Penetration Test) Fase 1 O amostrador é cravado 15 cm, registandose o respectivo número de pancadas. A esta fase correspondem em regra solos remexidos pelo que o valor obtido nesta fase é meramente indicativo. Fase 2 O amostrador é cravado mais 30 cm, sendo o resultado do ensaio SPT o número de pancadas N obtido. Se após 60 pancadas, a penetração não atingir os 30 cm, terminase o ensaio medindo a penetração obtida. n1 Nº de pancadas para atingir 15 cm ou penetração conseguida com 30 pancadas. N Nº de pancadas para atingir 30 cm (15+15) ou penetração conseguida com 60 pancadas. Repartido em 2 medições N = n2+n3 41/48

42 3. INFORMAÇÃO GEOTÉCNICA 3.2. Prospecção geotécnica Ensaio SPT (Standard( Penetration Test) Domínio de aplicação Utilizado principalmente para a determinação das propriedades de solos arenosos. Aplicável igualmente para argilas e siltes. Interpretação de resultados Tabelas de correlação com propriedades físicas dos solos. Tabelas distintas para solos arenosos e solos argilosos. 42/48

43 3. INFORMAÇÃO GEOTÉCNICA 3.2. Prospecção geotécnica 43/48

46 4. REFERÊNCIAS 46/48

47 4. REFERÊNCIAS Jorge de Brito, Fundações Directas Correntes, Mestrado em Construção, Tecnologia de Contenções e Fundações, IST José Roberto dos Santos e Jorge de Brito, Ensoleiramentos Gerais e Grelhas de Fundação, Mestrado em Construção, Tecnologia de Contenções e Fundações, IST 47/48

48 Trabalho realizado com o apoio do Programa Operacional Sociedade da Informação - POSI 48/48