Universidade Federal de Ouro Preto - Escola de Minas Departamento de Engenharia Civil CIV620-Construções de Concreto Armado ESTRUTURAS DE FUNDAÇÕES RASAS Profa. Rovadávia Aline Jesus Ribas Ouro Preto, 2015/2
Plano da aula 1. Introdução 2. Sapatas 3. Dimensionamento de sapatas 4. Exercícios
Objetivo da aula: estudar sobre o comportamento e projeto de fundações diretas (sapatas) Fundações são elementos estruturais cuja função é transmitir as ações atuantes na estrutura à camada resistente do solo Norma NBR 6122 (ABNT, 2010): Projeto e execução de fundações Os elementos estruturais de fundações devem: apresentar resistência adequada para suportar as tensões geradas pelos esforços solicitantes devem transferir e distribuir seguramente as ações que chegam até elas para o solo, de modo que não causem recalques diferenciais prejudiciais ao sistema estrutural nem a própria ruptura do solo Torre de Pisa (Itália)
Fundação rasa: Elemento de fundação em que a ação é transmitida predominantemente pelas tensões distribuídas sob a base da fundação e a profundidade de assentamento em relação ao terreno adjacente é inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação. Esse tipo de fundação também é chamada de direta ou superficial (sapatas isoladas, associadas e corridas; blocos; e radier)
Sapata corrida sob parede de alvenaria e sapatas isoladas
Sapatas em construção e blocos de fundação e vigas de equilíbrio
Fundação profunda: Elemento de fundação que transmite as ações ao terreno pela base (resistência de ponta), por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas e que a profundidade de assentamento é superior ao dobro de sua menor dimensão em planta e no mínimo 3m (estacas e tubulões)
PILAR BLOCO ESTACA TUBULÃO Bloco sobre estacas e tubulão
Bloco sobre estacas
Tubuloes já executados
Etapas do projeto de fundações: Estudo do terreno Estudo dos recalques Nível do lençol freático Situação geográfica da edificação Escolha do tipo, profundidade, dimensões: função da estrutura a ser suportada e condições do terreno Análise das ações: do edifício, do solo acima, peso próprio, empuxos (terra, hidrostático) Dimensionamento dos diversos elementos (nessa disciplina, o foco é o dimensionamento e detalhamento das armaduras de sapatas)
Blocos de concreto simples São elementos estruturais dimensionados de modo que as tensões de tração nele produzidas possam ser resistidas pelo concreto sem a necessidade de armadura de reforço Podem ter as faces laterais verticais, inclinadas ou escalonadas, e apresentar em planta a forma retangular Esse tipo de fundação geralmente é usada em construções de menores portes com carregamento vertical menor que 50ton (500kN) São limitadas a terrenos com tensão normal admissível maior ou igual a 0,2MPa (200kN/m 2 ). Blocos de concreto simples
Sapatas Introdução São elementos estruturais dimensionados de modo que as tensões de tração neles produzidas são resistidas por armaduras de reforço. São de execução rápida e recomendadas quando o solo é homogêneo, o que evita grandes recalques diferenciais entre as partes da estrutura As sapatas podem ser classificadas quanto à rigidez, posição e carregamento Quando à rigidez: rígidas e flexíveis Quanto à posição: isoladas, corridas, combinadas e com vigas de equilíbrio Quanto ao carregamento: centradas e excêntricas
Quando à rigidez: rígidas e flexíveis Rígidas => h a 3 a p (h o,mín =10cm) Dimensões típicas de uma sapata Flexíveis => h < a 3 a p São adotadas em terrenos que possuem boa resistência em camadas próximas da superfície Para o dimensionamento das armaduras longitudinais de flexão, utiliza-se o método geral de bielas e tirantes Podem ser dimensionadas à flexão da mesma forma que as sapatas flexíveis, obtendo-se razoável precisão A verificação da punção é desnecessária Devido a sua baixa rigidez à flexão, elas se deformam encurvando do seu centro para as bordas apresentando um comportamento estrutural de uma peça fletida nas duas direções ortogonais, sendo dimensionadas quanto à flexão e ao cortante, como nas lajes maciças A verificação da punção é necessária (punção: ruptura localizada por corte em elementos planos devido à presença de cargas concentradas elevadas) São de uso mais raro e em fundações sob pequenas cargas. Sugere-se a sua utilização em solos que acompanhem essa deformação, ou, com tensão admissível abaixo de 0,15MPa (150kN/m²)
Quando à posição: isoladas, corridas, combinadas e com vigas de equilíbrio Sapatas isoladas Transmitem ações de um único pilar centrado para o solo É o tipo mais comum e podem apresentar bases quadradas, retangulares ou circulares, com a altura constante ou variando linearmente entre as faces do pilar à extremidade da base Sapatas isoladas Sapatas corridas São empregadas para receber as ações verticais de paredes, muros, ou elementos alongados que transmitem carregamento uniformemente distribuído em uma direção Seu dimensionamento é idêntico ao de uma laje armada em uma direção Por receber ações distribuídas, não é necessária a verificação da punção Sapata corrida
Sapatas combinadas (associadas) Transmitem as ações de dois ou mais pilares adjacentes, sendo utilizadas quando não é possível a colocação de sapatas isoladas para cada pilar, por estarem muito próximas entre si Seu centro de gravidade normalmente coincide com o centro de aplicação das cargas dos pilares Quando as cargas dos pilares têm diferenças relevantes, a imposição de coincidir o centróide da sapata com o centro das cargas dos pilares conduz a sapatas retangulares com balanços livres diferentes São projetadas como vigas de rigidez, cujo eixo passa pelos centros de cada pilar Sapatas associadas
Sapatas com vigas de equilíbrio No caso de pilares posicionados junto à divisa do terreno, o momento produzido pelo não alinhamento da ação vertical transmitida pelo pilar e a resultante vertical da distribuição de tensão que o solo exerce sobre a sapata deve ser absorvido por uma viga Essa viga, conhecida como viga de equilíbrio ou viga alavanca, é apoiada na sapata junto à divisa e na sapata construída para um pilar interno Dessa forma, a viga de equilíbrio tem a função de transmitir a carga vertical do pilar para o centro de gravidade da sapata de divisa e, ao mesmo tempo, resistir aos momentos fletores produzidos pela excentricidade da carga do pilar em relação ao centro dessa sapata Sapatas com viga de equilíbrio
Quanto ao carregamento: centradas e excêntricas Sapatas sob carga centrada Ocorre quando a carga vertical do pilar passa pelo centro de gravidade da sapata Nesse caso, admite-se uma distribuição uniforme e constante das tensões do solo na base da sapata dada pela razão entre a carga vertical e a área da base da sapata Sapatas sob carga excêntrica Em muitas situações práticas, as cargas verticais dos pilares são aplicadas excentricamente em relação ao centro de gravidade da sapata, gerando momentos nas fundações Com a obrigatoriedade da consideração das ações do vento, os pilares, normalmente, transmitem momentos em uma ou nas duas direções principais, gerando na base da sapata solicitações de flexão composta reta ou oblíqua A distribuição de tensão transmitida do terreno para a fundação quando essa está sob a ação de um carregamento excêntrico não é uniforme Sapata sob carga centrada Sapata sob carga excêntrica
Dimensionamento de sapatas Critérios de dimensionamento (sapata isolada) Determinação das dimensões da base Determinação da altura Dimensionamento das armaduras longitudinais Verificação ao cisalhamento (punção) Detalhamento da armadura
Dimensionamento de sapatas Critérios de dimensionamento (sapata isolada) Determinação das dimensões da base As dimensões em planta das sapatas são definidas basicamente em função da tensão admissível do solo e de fatores como a interferência com as fundações mais próximas. A maioria das sapatas estão submetidas a cargas excêntricas. Logo, as dimensões em planta devem ser tais que as tensões de compressão máximas no solo (calculadas com as expressões da flexão composta reta ou oblíqua) não superem a tensão admissível do mesmo. Para uma estimativa das dimensões da base da sapata pode-se considerar a sapata com carregamento vertical centrado e estimar a área da base necessária para que a tensão transmitida ao solo seja menor ou igual à tensão admissível desse α ( F + P) A = σ solo, adm A: área da sapata F: força normal do pilar P: peso da sapata σ solo,adm : tensão admissível do solo
Dimensionamento de sapatas Ângulo α 0 Para facilitar a concretagem é conveniente que o ângulo α 0 30 (inclinação da sapata), que é aproximadamente o ângulo de atrito interno do concreto (ângulo de talude natural) Determinação da altura - Dois condicionantes definem a altura da sapata a) Verificação da punção: a sapata deve ter uma altura mínima junto ao contorno do pilar para garantir que o carregamento vertical não rompa a fundação por compressão junto ao contorno do pilar e também para que o concreto consiga impedir, sem acréscimo de armadura de punção, o rompimento por tração da fundação em contornos críticos definidos no entorno da carga vertical de punção b) Comprimento de ancoragem necessário às barras longitudinais do pilar: É necessário que a sapata tenha altura suficiente para que as forças nas armaduras do pilar sejam transferidas ao concreto da fundação (ancoragem), incluindo um cobrimento mínimo para a proteção das armaduras Altura: h h h 0mín Cobrimento e d : 0 ( a a ) p = 10cm = 20cm / 3 ( valor prático) c nom φ barra e d = 5cm a p a
Dimensionamento de sapatas Dimensionamento das armaduras longitudinais Método biela-tirante Caminhamento da carga do pilar em direção à base da sapata: Asb A A sa sb = 1,61 = 1,61 ( a ) P a 8 d p yk ( b ) P b f 8 d f p yk Armadura paralela ao lado a Armadura paralela ao lado b a p a b p b Asa
Dimensionamento de sapatas Verificação ao cisalhamento (punção) A ruptura por cisalhamento ocorre sob a forma de punção, segundo um cone com inclinação de aproximadamente 45º. Isso se deve a elevada parcela de carga que atua de baixo para cima, no cone de punção A tensão de cisalhamento solicitante de cálculo deve ser menor ou igual à tensão de cisalhamento resistente de cálculo τ α Sd v τ Rd 2 = (1 f = ck 0,27α v / 250), f cd com f ck em MPa τ Sd = F Sd u. d F sd : força cortante no perímetro do pilar (por segurança, F sd = força normal de cálculo no pilar) u: perímetro ao longo do contorno do pilar d: altura útil da sapata 45º σ solo
Dimensionamento de sapatas Detalhamento da armadura É conveniente que a base da sapata seja proporcional à seção do pilar Seção mais indicada: quadrada Em sapatas com carregamento predominantemente centrado não há necessidade de uma armadura SUPERIOR; que dificulta a concretagem O espaçamento máximo entre as barras deve ser de 30cm, devem ser uniformemente distribuídas ao longo da largura da sapata e prolongar-se de um extremo a outro da base da sapata com ganchos na extremidade O cobrimento é necessário para evitar a corrosão da armadura pois a sapata ficará em contato com o solo Para sapatas armadas, deve-se executar, em primeiro lugar, uma camada de concreto magro (lastro), com espessura de 5 a 12cm, a qual constitui uma base limpa e plana para colocação ou montagem da armadura e da forma Devem ser previstas armaduras de espera coincidentes com a armadura do pilar
Dimensionamento de sapatas
EXERCÍCIOS