METODOLOGIA DE CÁLCULO DA FUNDAÇÃO DE UM EDIFICIO EM SÃO JOSÉ DOS CAMPOS

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1 UNIVERSIDADE DO VALE DO PARAÍBA FACULDADE DE ENGENHARIAS, ARQUITETURA E URBANISMO ENGENHARIA CIVIL METODOLOGIA DE CÁLCULO DA FUNDAÇÃO DE UM EDIFICIO EM SÃO JOSÉ DOS CAMPOS MARIA HELENA LOPES DA ROCHA SUELLEN LOUBACH SILVA Orientador interno da FEAU: Octávio Manhães de Andrade Junior São José dos Campos SP Dezembro/2016

2 RESUMO Este estudo tem como objetivo apresentar o dimensionamento de dois tipos de fundações e a escolha de uma delas com base nos cálculos realizados. O método utilizado é a realização de cálculos com embasamento teórico e a interpretação dos mesmos. A característica deste estudo é obter um parecer em relação ao tipo de fundação mais adequado para a situação proposta. Analisou-se, inicialmente, as condições propostas pela Norma Regulamentadora de Projetos e Execução de Fundações para que houvesse um dimensionamento adequado e coerente. Vale enfatizar que a escolha da fundação depende de diversos fatores, no entanto, para este trabalho as duas fundações calculadas foram suficientes para suportar a carga solicitada em projeto, o que torna possível a escolha de ambas. Palavras-chave: Fundação Profunda. Dimensionamento de Fundação. Tubulão e Estaca.

3 ABSTRACT This study aims to present the design of two types of foundations and the choice of one based on the calculations made. The method used is to perform calculations with theoretical basis and the interpretation thereof. The characteristic of this study is to obtain an opinion regarding the type of foundation most appropriate for the proposed situation. Analyzed, initially, the conditions proposed by the Regulatory Standard and Project Execution Foundations for there to be an appropriate and consistent sizing. It is worth emphasizing that the choice of the foundation depends on several factors, however, for this work the two foundations were sufficient to support the requested load in the project, which makes possible the choice of both Key words: Deep Foundation. Design of Foundation. Caisson and Stake.

4 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO MATERIAIS E MÉTODOS TIPOS DE SOLOS E SUAS CARACTERISTICAS FUNDAÇÕES TUBULÃO A CÉU ABERTO ESTACAS BLOCO DE COROAMENTO PARA ESTACAS RESULTADOS E DISCUSSÕES DIMENSIONAMENTO DO TUBULÃO A CÉU ABERTO DIMENSIONAMENTO DAS ESTACAS DIMENSIONAMENTO DO BLOCO DE COROAMENTO PARA DUAS ESTACAS DISCUSSÕES FINAIS CONCLUSÃO REFERÊNCIAS... 32

5 LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 Figura Ilustrativa de um tubulão a céu aberto... 9 FIGURA 2 - Atividades permitidas em uma ZUC FIGURA 3 Localização dos tubulões no projeto do edifício FIGURA 4 Corte Longitudinal (Unidades em metro) FIGURA 5 Vista superior e corte longitudinal do Bloco de Coroamento (Ilustração sem escala) FIGURA 6 Vista superior do Bloco de Coroamento para duas Estacas (Ilustração sem escala) FIGURA 7 Corte Longitudinal do Bloco de Coroamento para duas Estacas

6 LISTA DE TABELAS TABELA 1 Dados obtidos através do Ensaio de Penetração do Solo TABELA 2 Dados obtidos através do cálculo dos tubulões TABELA 3 Referente aos coeficientes K e α TABELA 4 Dados para Estacas Cravadas de Concreto TABELA 5 Tabela de resistência à ruptura no pilar P5 a cada metro de profundidade TABELA 6 Tabela referente à Armadura para flexão TABELA 7 Tabela referente à quantidade de aço CA

7 1. INTRODUÇÃO A fundação na engenharia é palavra empregada para caracterizar a estrutura responsável pela transmissão da carga da edificação ao solo, funcionando para a construção como as raízes funcionam para as árvores. É um dos elementos indispensáveis para a durabilidade e estabilidade de uma obra, podendo ter uma variação de custo entre 4 e 10% do valor da obra [1], valendo lembrar que, em caso de fundações mal planejadas e/ou mal calculadas, a alteração do custo pode acontecer, podendo inviabilizar o projeto. É de suma importância também salientar que a fundação depende de inúmeros fatores antes de tomar a decisão final, elementos como o tipo de solo (considerando sua resistência e rigidez) e a conciliação do projeto estrutural com o projeto de fundações são as duas causas que mais podem interferir no tipo de fundação a ser definida, sendo fundamental lembrar que antes mesmo do projeto de fundação, o projeto estrutural já deve estar todo calculado, para que seja possível resistir às solicitações necessárias. As técnicas construtivas para fundações são, em sua maioria, adaptações de métodos utilizados por antigas civilizações. A busca por abrigos, em caso das ações da natureza, como chuvas, ventos, temperaturas extremas fizeram com que o homem saísse das cavernas e desenvolvesse métodos de habitações mais seguras para a época, levando em consideração fatores de segurança, que incluíam resistência do solo ou até mesmo o reforço deste, como a substituição do solo natural (frágil) por carvões e cinzas, ou calcário e pedregulhos. [2] O trabalho apresentado nessa monografia tem como principal objetivo escolher, para um determinado tipo de solo, a fundação mais adequada, levando em consideração os fatores necessários que serão citados durante o desenvolvimento do mesmo. Lembrando que a metodologia de cálculo se mantém a mesma independente da região onde será aplicada a fundação, mudando apenas o estudo de solo, que deverá ser relacionado ao solo do local estudado. O trabalho em questão se refere à uma situação hipotética, para um lote na cidade de São José dos Campos. 6

8 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1. TIPOS DE SOLOS E SUAS CARACTERISTICAS O estudo do solo é um fator de extrema importância para compreender o histórico geológico de uma determinada região. Através desse estudo que vamos caracterizar os tipos de solos existentes em um local e realizar uma análise de viabilidade, que no caso da engenharia civil será uma das principais condições para determinar a execução, ou a inviabilidade da execução de um projeto. Os solos são materiais que compõem a crosta terrestre e se formaram a partir da decomposição das rochas, que em seu processo estavam sujeitas a fatores geológicos e intemperes. A identificação de cada tipo de solo se dá à partir de características como plasticidade, textura, composição granulométrica, dentre outros. Para melhor compreensão do SPT (Ensaio de Penetração Padrão) apresentado para a realização deste estudo, são apontados abaixo os tipos de solos encontrados em quantidades mais significativa durante a execução do ensaio. Aterros Banco artificial de qualquer tipo de solo. Ex.: Aterro de argila, aterro de silte, etc. Argila É composta por grãos muito finos, pode ser dura ou mole, e apresenta como principal característica a plasticidade, ou seja, quando suficientemente úmida, pode ser modelado facilmente e em diferentes moldes e quando seca, possui adesão suficiente para não ser facilmente desfeito. Silte É caracterizado principalmente por sua compacidade e textura. Na escala de Wentworth, que consiste em uma escala logarítmica de classificação granulométrica, é considerado como fragmento de rocha ou mineral menor que a areia fina e maior que a argila. A olho nu pode ser confundido com a argila, devendo ser analisada então a plasticidade, que no silte chega a ser nula ou quase zero. Turfa Constituído de material vegetal com vasta porcentagem de material orgânico e partículas fibrosas. Em relação às características, o solo turfoso é considerado não plástico. Areia Material de origem mineral, com sua principal propriedade em razão do diâmetro dos minerais constituintes, que variam do 0,05 mm à 4,8 mm. Suas características mais marcantes são textura, que possibilita a classificação em, fina, média e grossa, e a compacidade, sendo então a areia classificada em fofa, medianamente compacta e compacta. 7

9 2.2. FUNDAÇÕES As fundações podem ser separadas em dois grandes grupos, as fundações as rasas e as fundações profundas. As fundações rasas são aquelas cuja a profundidade atinge no máximo 3 metros, são conhecidas como sapatas, bloco, vigas de fundação, grelhas, sapatas associadas e radiers. As fundações profundas, conforme a Norma Brasileira, NBR 6122/96, são aquelas que transmitem a carga da estrutura para o terreno pela base ou ponta e pela sua lateral, sendo respectivamente resistência de ponta e resistência de atrito, ou as duas juntas. Pode-se incluir também que são os tipos de fundações que excedem os 3 metros de profundidade. As principais fundações profundas são as estacas, os tubulões e os caixões. 2.3 TUBULÃO A CÉU ABERTO O tubulão a céu aberto consiste na abertura de um poço, circular, onde a sua base, que pode adquirir forma circular ou oval, possua um diâmetro maior em relação ao diâmetro do fuste, que deve ser no mínimo de 70 cm para que um homem possa escavá-lo manualmente. O tubulão é composto pelos seguintes elementos (Conforme ilustrado na Figura 1): Fuste É dimensionado como um pilar recebe as cargas através da cabeça ou bloco de coroamento. Está submetido à compressão simples. Base Recebe a carga do fuste e transfere para o solo. Seu diâmetro está diretamente relacionado com a sua altura. Bloco de Coroamento ou Bloco de Transição É responsável pela transferência da carga do pilar para o fuste do tubulão. Para este tipo de elemento de fundação é necessária uma armadura mínima. 8

10 FIGURA 1 - Figura Ilustrativa de um tubulão a céu aberto. FONTE: HACHICH; FALCONI; SAES; FROTE; CARVALHO; NIYAMA(1998). 2.4 ESTACAS São classificadas como fundações profundas, possuem seu processo construtivo realizado através de equipamentos e se caracterizam principalmente por não utilizar a mão de obra do operário na sua execução (escavação). Podem ser executadas em madeira, aço e concreto, sendo este último dividido em estacas de concreto pré-moldadas, estacas de concreto moldadas in loco e estacas de concreto mistas. O trabalho em questão irá abranger somente os tipos de estacas fabricadas em concreto. Estacas Pré-Moldadas Podem ser executadas tanto em concreto armado, quanto protendido. Necessitam de armadura e de cura apropriada para que a estaca resista a todo os esforços exercidos desde a sua fabricação, transporte e destino final. Estacas Moldadas In Loco São estacas produzidas no local em que serão empregadas. São executadas pelo preenchimento de concreto em perfurações feitas no solo, por meio de escavações ou cravações. Este tipo de estaca pode ter ou não suas laterais suportadas, e no caso de não suportar, é necessária a utilização de um revestimento, que pode ser recuperável ou perdido. O grupo das estacas moldadas in loco estende-se as seguintes estacas: Estaca Strauss: Estaca de custo baixo. Seu método de execução consiste em cravar no tubo aço (com um mandril em seu interior) no solo até que a resistência necessária seja atingida, logo, o mandril é retirado e o concreto seco lançado no interior do tubo enquanto o mesmo é removido 9

11 Estaca Franki: Sua execução consiste em cravar um tubo de aço, que possui uma ponta fechada sobre a qual bate um pilão de queda livre, fazendo com que o tubo de aço seja arrastado, obtendo então ao final a cravação até o ponto desejado. Estaca Escavada: São aquelas moldadas no local após a escavação do solo, que em alguns casos é feita com a utilização de lama bentonítica, responsável pela sustentação ao solo em escavações de fundações. Enquanto a perfuração é realizada com auxilio da lama bentonítica a retirada do material que já foi escavado é executada seguida da concretagem. Broca: É utilizada em fundação de residências simples e em terrenos que suportam pouco peso. [...] consiste simplesmente na perfuração do terreno por meio de uma broca ou trado-cavadeira até encontrar subsolo firme. Em seguida, o furo é preenchido com concreto bastante seco e lançado por um funil apropriado[...] [YAZIGI, 2016] 2.5. BLOCO DE COROAMENTO PARA ESTACAS O bloco de coroamento para estacas tem a mesma finalidade do bloco para o tubulão, ou seja, transferir as cargas do pilar para a fundação. No caso das estacas pré-moldadas, o topo pode ser danificado durante o processo de cravação, o que torna necessário a retirada da parte danificada. Essa retirada deve ser feita de maneira cuidadosa, atentando para que não seja danificada a seção transversal da peça ou que não hajam trincas. Esse acerto de nível das estacas é conhecido como cota de arrasamento, que consiste em um nível adotado para corte da cabeça da estaca, e dependendo da situação em que a estaca se encontrar, pode ser feito até mesmo abaixo desta. 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES O edifício será construído em um terreno escolhido na cidade de São José dos Campos, trata-se de um prédio multifamiliar vertical com seis pavimentos, sendo um apartamento por pavimento. O projeto da edificação será executado com base nos parâmetros urbanísticos exigidos na legislação vigente no município. Após realizada a consulta prévia ao zoneamento 10

12 municipal, pode ser constatado que o presente local estava inserido em uma região pertencente à Zona de Urbanização Controlada, ZUC8, atividade classificada como RV1. FIGURA 2 Atividades permitidas em uma ZUC 8. FONTE: Site da Prefeitura de São José dos Campos, Dados retirados do site da prefeitura de São José dos Campos, referente à descrição de cada atividade permitida, em que: [6] R1 - Residencial Unifamiliar; RH1 Residencial Multifamilar Horizontal com até 50 Unidades Habitacionais (UH), ou até 100 UH; RH2 Residencial Multifamilar Horizontal com até 120 UH, ou até 300 UH; RV1 Residencial Multifamiliar Vertical com até 60 UH; RV 2 - Residencial Multifamiliar Vertical com mais de 60 UH até 120 UH; RV 3 - Residencial Multifamiliar Vertical com mais de 120 UH até 300 UH; CS - Uso Comercial, de Serviço e Institucional com nível de interferência urbano-ambiental desprezível; CS 1 - Uso Comercial, de Serviço e Institucional com nível de interferência urbano-ambiental baixo; 11

13 CS 2 - Uso Comercial, de Serviço e Institucional com nível de interferência urbano-ambiental médio; MCS - Multicomercial de serviço e institucional - Edifício Comercial e/ou de Serviço, compostos por unidades autônomas e com área construída computável - ACC > que 2.500,00m²; I / AGI A - Industrial / agroindustrial sem risco ambiental; I / AGI B - Industrial / agroindustrial virtualmente sem risco ambiental. Assim que finalizada a planta e os levantamentos da legislação, é necessário realizar uma sondagem para o reconhecimento do solo. O Standard Penetration Test (Ensaio de Penetração Padrão), conhecido também como SPT, onde será obtida a resistência do solo a uma determinada profundidade. Para o terreno escolhido, obteve-se um SPT hipotético resultado de três sondagens de solo, onde todas indicaram uma resistência à 15 metros, como mostra a Tabela 1, referente aos valores encontrados para SPT. TABELA 1 Dados obtidos através do Ensaio de Penetração do Solo Profundidade (m) SPT 1 SPT 2 SPT 3 1,00 5,00 6,00 4,00 2,00 4,00 4,00 1,00 3,00 1,00 2,00 2,00 4,00 0,03 2,00 2,00 5,00 4,00 2,00 11,00 6,00 1,00 1,00 8,00 7,00 1,00 1,00 9,00 8,00 0,03 1,00 8,00 9,00 0,03 0,03 10,00 10,00 1,00 1,00 11,00 11,00 1,00 1,00 13,00 12,00 9,00 11,00 9,00 13,00 11,00 13,00 12,00 14,00 12,00 10,00 14,00 15,00 13,00 13,00 18,00 FONTE: Adaptado dos anexos I, II e III O método de ensaio SPT é regulamentado pela Norma Brasileira NBR6484/01: Solos Sondagem de simples reconhecimento com SPT Método de Ensaio, que tem como objetivo 12

14 determinar o tipo de solo, a localização do nível da água e os índices de resistência de penetração a cada metro. Feita uma análise do SPT, concluiu-se que nesse caso a fundação adequada para atender a resistência do solo com base nas deformações permitidas devido as solicitações, a estabilidade externa do solo e a estabilidade interna da fundação seriam as fundações profundas. Para o trabalho apresentado, serão realizados cálculos para as seguintes fundações profundas: tubulão a céu aberto e estacas. 3.1 DIMENSIONAMENTO DO TUBULÃO A CÉU ABERTO Dados a serem considerados para o dimensionamento do Tubulão: - O solo terá escavação mecânica para o fuste e será escorado por uma manilha de concreto armado para contenção do solo mole. - Conforme NBR 6122/1996 ( ), a altura da base do tubulão não deverá exceder o valor máximo de H 2m e para evitar armação na base do tubulão, a inclinação do ângulo da base deverá ser maior ou igual a 60º. - A Figura 3 ilustra o posicionamento dos tubulões e suas respectivas áreas de influência, representadas pela linha tracejada. FIGURA 3 Localização dos tubulões no projeto do edifício FONTE: As Autoras. 13

15 Com a maior área de influência em relação aos outros tubulões, o pilar central, P5, recebe a maior carga, por isso o dimensionamento dele se torna o principal para a estabilidade da estrutura. A seguir são apresentados os cálculos para o Tubulão no pilar P5. Pilar P5 Área de influência (Af): Af = l l eq. (1) Af = (2,5 + 2,5)m (2,5 + 2,5)m² Af = 25m² Carga da Cobertura (Pc): Pc = (0,5 tf m2) (25m²) Pc = 12,5tf Carga de 6 pavimentos (Pp): Pp = 6 (25)m 2 1 tf m 2 Pp = 150 tf Carga total na fundação do P5 (Nk): Nk = 150 tf + 12,5tf Nk = 162,5 tf Carga de cálculo (Nd): Nd = Υf Nk eq. (2) Nd = 1,4 162,5 tf Nd = 227,5 tf Nd = kgf 14

16 *SPT* SPT 1 à 15 metros, 13 golpes SPT 2 à 15 metros, 13 golpes SPT 3 à 15 metros 18 golpes (13 2) + 18 = 44 golpes Média SPT = 44 3 Média SPT 15 Tensão Admissível (σ adm ) σadm = SPT 5 eq. (3) σadm = 15 5 kgf cm 2 σadm = 3 kgf cm² Área da Base (AB): AB = Nd σadm eq. (4) AB = kgf 3 AB = 75833,33 cm² kgf cm 2 Diâmetro da base do tubulão (Db): AB = π Db2 4 eq. (5) Db = 4AB π Db = ,33 π 15

17 Db = 310,73 cm adotado 312 cm Cálculo da Altura da Base (H): tg 60 = H 116 H = 200 cm a Figura 4. Com os cálculos realizados, o tubulão no pilar P5 ficou dimensionado conforme ilustra FIGURA 4 Corte Longitudinal (Unidades em metro). Verificação do Fuste Área do fuste (Af): FONTE: As Autoras. Af = π Db2 4 eq. (5) Af = π (80cm)² 4 Af = 5026,54 cm² Resistência do Concreto: Fck = 25 Mpa 16

18 Fck = 250 kgf/cm² Fcd = fck 1,4 eq. (6) Fcd = 250 1,4 Fcd = 178,6 Kgf cm² Resistência do Fuste (Rf): Rf = Fcd Af eq. (7) Rf = 178,6 kgf cm 2 Rf = ,51 kgf 5026,54 cm² Para que o fuste resista à carga admissível, Rf > Nd Rf = ,51 kgf > Nd = kgf Logo, o fuste com diâmetro de 80 cm será suficiente para resistir à carga solicitante. Bloco de Coroamento - O bloco de coroamento utilizado para transferência de cargas será de 1,10m x 1,10m, com armadura longitudinal, conforme Figura 5. FIGURA 5 Vista superior e corte longitudinal do Bloco de Coroamento (Ilustração sem escala). FONTE: As Autoras. 17

19 Os demais tubulões (P1, P2, P3, P4, P6, P7, P8 e P9) foram dimensionados a fim de evitar o superdimensionamento, uma vez que suas áreas de influência são menores que a do tubulão central, consequentemente, reduzindo o carregamento nos mesmos. Para os pilares P2, P4, P6 e P8, que possuem as mesmas áreas de influência, o dimensionamento será igual, como mostram as equações a seguir: Pilares P2, P4, P6 e P8 Área de Influência (Af): Af = 2,5m 5,0m² Af = 12,5m² Carga da Cobertura (Pc): Pc = (0,5 tf m2) (12,5m²) Pc = 6,25tf Carga de 6 pavimentos (Pp): Pp = 6 12,5m 2 1 tf m 2 Pp = 75 tf Carga total na fundação (Nk): Nk = 75 tf + 6,25tf Nk = 81,25 tf Carga de cálculo (Nd): Nd = 1,4 81,25 tf Nd = 113,75 tf Nd = kgf *SPT* SPT 1 à 15 metros, 13 golpes 18

20 SPT 2 à 15 metros, 13 golpes SPT 3 à 15 metros 18 golpes (13 2) + 18 = 44 golpes Média SPT = 44 3 Média SPT 15 Tensão Admissível (σ adm ) σadm = 3 kgf cm² Área da Base (AB): AB = Nd σ AB = kgf 3 kgf cm 2 AB = 37916,66 cm² Diâmetro da base do tubulão (Db): Db = ,66 π Db = 219,72 cm adotado 220 cm Cálculo da Altura da Base (H): tg 60 = H 110 H = 190 cm Verificação do Fuste Área do fuste (Af): Af = π (70cm)² 4 19

21 Af = 3848,45 cm² Resistência do Concreto: Fck = 25 Mpa Fck = 250 kgf/cm² Fcd = 250 1,4 Fcd = 178,6 Kgf cm² Resistência do Fuste (Rf): Rf = 178,6 kgf cm 2 Rf = ,35 kgf 3848,45 cm² Para que o fuste resista à carga admissível, Rf > Nd Rf = ,35 kgf > Nd = kgf Logo o fuste com diâmetro de 70 cm será suficiente para resistir à carga solicitante. Para os pilares P1, P3, P7 e P9, que possuem as mesmas áreas de influência, o dimensionamento será igual, como mostram as equações a seguir: Pilares P1, P3, P7 e P9 Área de Influência (Af): Af = 2,5m 2,5m² Af = 6,25 m² Carga da Cobertura (Pc): Pc = (0,5 tf m2) (6,25m²) Pc = 3,125 tf 20

22 Carga de 6 pavimentos (Pp): Pp = 6 6,25m 2 1 tf m 2 Pp = 37,5 tf Carga total na fundação do P5 (Nk): Nk = 37,5 tf + 3,125tf Nk = 40,625 tf Carga de cálculo (Nd): Nd = 1,4 40,625 tf Nd = 56,875 tf Nd = kgf *SPT* SPT 1 à 15 metros, 13 golpes SPT 2 à 15 metros, 13 golpes SPT 3 à 15 metros 18 golpes (13 2) + 18 = 44 golpes Média SPT = 44 3 Média SPT 15 Tensão Admissível (σ adm ) σadm = 3 kgf cm² Área da Base (AB): AB = kgf 3 kgf cm 2 AB = 18958,33 cm² 21

23 Diâmetro da base do tubulão (Db): Db = ,33 π Db = 155,36 cm adotado 156 cm Cálculo da Altura da Base (H): tg 60 = H 43 H = 74,47cm Verificação do Fuste Área do fuste (Af): Af = π (70cm)² 4 Af = 3848,45 cm² Resistência do Concreto: Fck = 25 Mpa Fck = 250 kgf/cm² Fcd = 250 1,4 Fcd = 178,6 Kgf cm² Resistência do Fuste (Rf): Rf = 178,6 kgf cm 2 Rf = ,35 kgf 3848,45 cm² 22

24 Para que o fuste resista à carga admissível, Rf > Nd. Rf = ,35 kgf > Nd = ,0 kgf Logo o fuste com diâmetro de 70 cm será suficiente para resistir à carga solicitante. Ao final dos cálculos, os tubulões ficaram dimensionados conforme os dados apresentados na Tabela 2. TABELA 2 Dados obtidos através do cálculo dos tubulões. FONTE: As Autoras. 3.2 DIMENSIONAMENTO DAS ESTACAS Os principais métodos teóricos utilizados no dimensionamento de estacas são os métodos de Décourt e Quaresma (1978), o método de Philipponnat (1986) e o método de Aoki e Velloso (1975), sendo este último o método escolhido para realização dos cálculos deste trabalho. A utilização destes métodos na prática para os cálculos de fundações ainda é muito limitado uma vez que os parâmetros de solo utilizado nessas análises são de grande dificuldade de obtenção. Entretanto, para verificações quanto a cargas, tensões e resistências os métodos são mais eficazes e admitem valores mais fáceis de serem compreendidos. O método de Aoki e Velloso é um método semi-empírico que consiste em determinar as cargas em estacas de referência (estaca pré-moldada, em concreto armado e que possui seção circular) na fundação. Ao longo do método será calculada a capacidade de carga de ruptura (Qu). Qu = Qp + Ql eq. (8) 23

25 Qp = (K. Nspt f1 Ql = U f2 Qu = (K. Nspt f1 Onde: Ap) eq. (9) n (α K Nspt 1 Ap) + U f2 l) eq. (10) n (α K Nspt 1 Qu = Carga admissível de ruptura da estaca; Ql = Resistência Lateral; Qp = Resistência da ponta; N spt = Número de golpes conforme estudo do SPT; Ap = Área da ponta da estaca; U= Perímetro do fuste da estaca; l) eq. (11) U = π φ eq. (12) L = Profundidade de cada camada do SPT; F1 = 1,75 e F2 = 3,50 [3] K e α = Dados retirados da Tabela 3; TABELA 3 Referente aos coeficientes K e α. Tipo de Solo K ( kgf/cm²) α (%) Areia 10,0 1,4 Areia siltosa 8,0 2,0 Areia silto-argilosa 7,0 2,4 Areia argilosa 6,0 3,0 Areia argilo-siltosa 5,0 2,8 Silte 4,0 3,0 Silte arenoso 5,5 2,2 Silte areno-argiloso 4,5 2,8 Silte argiloso 2,3 3,4 Silte argilo-arenoso 2,5 3,0 Argila 2,0 6,0 Argila arenosa 3,5 2,4 Argila areno-siltosa 3,0 2,8 Argila siltosa 2,2 4,0 Argila silto-arenosa 3,3 3,0 FONTE: HACHICH; FALCONI; SAES; FROTE; CARVALHO; NIYAMA(1998).. 24

26 Como as áreas de influência dos pilares não mudam, as cargas solicitantes permanecerão as mesmas calculadas anteriormente para o tubulão, logo os dados para os cálculos das estacas são: - Carga de cálculo do pilar 5 (P5) = 227,5 tf - Um bloco de coroamento para duas estacas; - Nd para uma estaca = 113,5 tf; - Diâmetro fuste = 52 cm, vide Tabela 4; - K= 2,0 kgf/cm² α = 6% - N spt = 14 - F1 = 1,75 e F2 = 3,5 [3] - Área da ponta = (π*52²)/2 Ap = 0,2124 cm² - Perímetro do fuste = π*52 U= 1,634 cm - ΔL = 15m TIPO DE ESTACA TIPO FRANKI σ= 60 a 100 kgf/cm² DIMENSÃO (CM) TABELA 4 Dados para Estacas Cravadas de Concreto. CARGA USUAL (TF) CARGA MÁX. (TF) OBS.: φ= Tubos até 25m φ = (podem ser φ = emendados) φ = Cargas maiores requerem armadura/bases especiais FONTE: HACHICH; FALCONI; SAES; FROTE; CARVALHO; NIYAMA(1998).. Segue o cálculo para verificação da resistência à ruptura da estaca: Qu = ,75 Qu = 151,6 tf 0, ,634 3,5 (0, ) O cálculo de resistência à ruptura da estaca, pode ser calculado a cada metro de profundidade, conforme ilustrado na Tabela 5. 25

27 TABELA 5 Tabela de resistência à ruptura no pilar P5 a cada metro de profundidade. FONTE: As Autoras. Portanto, ao final do cálculo da resistência de ruptura, foi possível concluir, que tanto o método teórico utilizado para encontrar o valor da carga, quanto o valor retirado da Tabela 4 possuem resultados aproximados, uma vez que o valor encontrado está entre os valores de carga usual e máxima para o tipo de estaca escolhida. Comprovando que a utilização de valores tabelados, fornecidos pelos fabricantes de estacas, são suficiente para o dimensionamento das mesmas. A maior dificuldade encontrada pelo método de Aoki e Velloso é apenas caracterizar o solo, por isso, durante os cálculos, foi utilizado o coeficiente para o tipo de solo que mais se assemelhava ao solo em que encontramos resistência durante o SPT. 3.3 DIMENSIONAMENTO DO BLOCO DE COROAMENTO PARA DUAS ESTACAS Para o bloco de coroamento, é necessária a realização dos cálculos da largura, comprimento, altura e armadura, como apresentados abaixo. L e + D + (2 15) eq. (13) L (2 15) L = 238 cm 26

28 B D + (2 15) eq. (14) B 52 + (2 15) B 82 cm Sendo, D o valor do diâmetro da estaca em centímetro e e o espaçamento de 3 vezes o diâmetro da estaca, segue dimensionado o bloco conforme ilustrado na Figura 6. FIGURA 6 Vista superior do Bloco de Coroamento para duas Estacas (Ilustração sem escala). FONTE: As Autoras. Referente à altura do bloco de coroamento, segue o cálculo realizado e dimensionamento ilustrado na Figura 7. dmín = 0,5 (e D ) eq. (15) 2 dmáx = 0,71 (e D ) eq. (16) 2 dmín d dmáx dmín = 0,5 ( ) d 0,71 ( ) dmín = 65 cm d 92,3cm 27

29 FIGURA 7 Corte Longitudinal do Bloco de Coroamento para duas Estacas. Cálculo da armadura usando flexão: FONTE: As Autoras. Mk = Nk 3 4 eq. (17) Mk = Mk = 6318,00 tf. cm = 63180,00kgf. cm K6 = b 0,5 (e)2 Mk eq. (18) K6 = K6 = 7,8962 K3 = 0,034 (Valor obtido através da tabela 6) Sendo K3 a relação entre o aço C25 e CA

30 TABELA 6 Tabela referente à Armadura para flexão. FONTE: Nota de Aula - MANHÃES (2016) Área de aço (As): As = K3 Mk 0,5 e As = 0, As = 27,54 cm 2 29

31 Quantidade de Aço: A Tabela 7 apresenta relação entre a quantidade de barras para a armadura do bloco de coroamento e seus respectivos diâmetros. TABELA 7 Tabela referente à quantidade de aço Aço CA50. Diâmetro da barra (pol) Mm Área da barra (cm²) Área necessária 1/2" 12,50 1,25 27,54 22,03 3/8" 10,00 0,80 27,54 34,43 5/16" 8,00 0,50 27,54 55,08 Quantidade de barras FONTE: As Autoras. Nos pilares P2, P4, P6 e P8, o diâmetro da estaca será de 35 cm, permanecendo duas estacas por bloco de coroamento, e sendo a resistência de cada uma delas de 60 tf. Para o bloco de coroamento as dimensões calculadas com base nos cálculos realizados acima serão as seguintes: - Largura (B) = 65 cm; - Comprimento (L) = 170 cm; - Altura (d) = 45 cm; -Área de Aço Necessária (As) = 27,54 cm² -Quantidades de Barras = 22 barras de meia polegada. Para os Pilares P1, P3, P7 e P9 serão adotados os mesmos valores de dimensionamento utilizados nos pilares P2, P4, P6 e P8, isso porque o diâmetro mínimo da estaca Franki é de 35 cm. 3.4 DISCUSSÕES FINAIS Os resultados apresentados durante o desenvolvimento do projeto foram satisfatórios tendo em vista que os objetivos, que eram dimensionar a fundação adequada para o terreno localizado na cidade de São José dos Campos foi atendido. Durante toda realização dos cálculos foi possível dimensionar para as situações mais criticas, que tornava a verificação 30

32 menos complexas, logo que se o pior caso suportou a carga solicitante, os demais também suportariam. Mesmo sabendo da necessidade de uma fundação profunda, optou-se pelo dimensionamento dos tubulões e estacas, para que fosse possível a realização dos cálculos e ao final permitir a escolha de uma delas. 4. CONCLUSÃO A ideia principal ao longo do trabalho era o dimensionamento de duas fundações, tubulão e estacas, verificação destas com relação às solicitações em projeto e a escolha, ao término dos cálculos de uma delas. Apesar de as duas fundações calculadas suportarem o exigido em projeto, escolher a melhor delas ainda é um ponto muito difícil, isso porque o dimensionamento é apenas um dos fatores para a tomada de decisão. É importante lembrar que na construção civil todas as decisões finais dependem de um conjunto de fatores, que incluem a verificação da disponibilidade da mão de obra, o risco ao operário em trabalho, a estabilidade oferecida pelo solo, os custos e orçamentos do projeto e a viabilidade do empreendimento. Mesmo existindo esses outros fatores citados, pensando na segurança do operário que precisará escavar a base do tubulão, a escolha seria a estaca, logo que os riscos seriam menores e a utilização da escavação pelo funcionário é nula. Porém, levando em consideração o tipo de estaca escolhida, a estaca Franki, precisa-se realizar um estudo de vizinhança, para que o processo construtivo, que funciona como um bate-estaca não abale as construções ao redor. Levando em consideração os fatores citados a respeito de ambas, não foi escolhida a fundação apropriada para o local. 31

33 REFERÊNCIAS [1] BRITO, José Luiz Wey de. Fundações do Edifício, São Paulo, EPUSP, 1987 [2] REBELLO,Yopanan C. P.; Fundações: Guia Prático de Projeto, Execução e dimensionamento. 2ªedição, 2009, editora Zigurate Editora, São Paulo-SP [3] HACHICH, W. et al. Fundações: Teoria e Prática ; São Paulo: 2ª edição, PINI, [4] YAZIGI, W. A Técnica de Edificar. 15.ed. São Paulo: PINI, [5] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6122: Projeto e execução de fundações: Rio de Janeiro, [6] acesso em 16/05/ :00 horas 32

34 APÊNDICE mm: milímetro cm: centímetro m: metro m²: metro quadrado tf: tonelada força tf/m²: tonelada força por metro quadrado kgf: quilograma força kgf/cm²: quilograma força por centímetro ao quadrado tg: tangente MPa: Mega Pascal tf*cm: tonelada força centímetro kgf*cm: quilograma força centímetro 33

35 ANEXOS ANEXO I 34

36 ANEXO II 35

37 ANEXO III 36