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03/08/2017 05:40

O projeto e a execução de fundações

Da Redação

A NBR 6122 de 09/2010 - Projeto e execução de fundações estabelece os requisitos a serem observados no projeto e execução de fundações de todas as estruturas da engenharia civil. Reconhecendo que a engenharia de fundações não é uma ciência exata e que riscos são inerentes a toda e qualquer atividade que envolva fenômenos ou materiais da natureza, os critérios e procedimentos constantes nesta norma procuram traduzir o equilíbrio entre condicionantes técnicos, econômicos e de segurança usualmente aceitos pela sociedade na data da sua publicação. Esta norma não contempla aqueles tipos de fundação que têm aplicação restrita (sapatas estaqueadas, radier estaqueados, estacas de compactação, melhoramento do solo etc.) e aqueles que estão em desuso (caixões pneumáticos, etc.). Tais fundações podem ser utilizadas com as adaptações que sejam necessárias a partir dos tipos apresentados.

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Quais os fatores de segurança e coeficientes de minoração para solicitações de compressão?

Qual a tensão admissível ou tensão resistente de projeto?

Estacas moldadas in loco: quais os parâmetros para dimensionamento?

Qual a quantidade de provas de carga?

Esta norma trata dos critérios gerais que regem o projeto e a execução de fundações de todas as estruturas convencionais da engenharia civil, compreendendo: residências, edifícios de uso geral, pontes, viadutos, etc. Obras especiais, como plataformas offshore, linhas de transmissão, etc. são também regidas por esta norma no que for aplicável, todavia obedecendo às normas específicas para cada caso particular. Esta norma apresenta uma grande diferença em relação à anterior, já que foi separada a parte de projeto da parte de execução das fundações. Tudo que se refere a projeto está concentrado nas seções de fundação direta e de fundação profunda. Já a parte de execução está apresentada na forma de Anexos separados para cada tipo de fundação.

Em função dos resultados obtidos na investigação geotécnica preliminar, pode ser necessária uma investigação complementar, através da realização de sondagens adicionais, instalação de indicadores de nível d’água, piezômetros, bem como de outros ensaios de campo e de ensaios de laboratório. Em obras de grande extensão, a utilização de ensaios geofísicos pode se constituir num auxiliar eficaz no traçado dos perfis geotécnicos do subsolo. Independentemente da extensão da investigação geotécnica preliminar realizada, devem ser feitas investigações adicionais sempre que, em qualquer etapa da execução da fundação, forem constatadas diferenças entre as condições locais e as indicações fornecidas pela investigação preliminar, de tal forma que as divergências fiquem completamente esclarecidas.

Para a programação de sondagens de simples reconhecimento para fundações de edifícios, deve ser empregada a NBR 8036. Após a realização inicial de sondagens a percussão, em função de peculiaridades do subsolo e do projeto, ou ainda, caso haja dúvida quanto à natureza do material impenetrável a percussão, devem ser realizadas investigações complementares. Neste caso, sondagens adicionais e outros ensaios de campo serão programados.

Os ensaios de campo visam determinar parâmetros de resistência, deformabilidade e permeabilidade dos solos, sendo que alguns deles também fornecem a estratigrafia local. Alguns parâmetros são obtidos diretamente e outros por correlações. A seguir encontra-se uma relação dos ensaios mais usuais na prática brasileira e outros disponíveis.

No caso de dúvida quanto à natureza do material impenetrável a percussão, devem ser programadas sondagens mistas (percussão e rotativa). Em se tratando de maciço rochoso, rocha alterada ou mesmo solo residual jovem, as amostras coletadas devem indicar suas características principais, incluindo-se eventuais descontinuidades, indicando: tipo de rocha, grau de alteração, fraturamento, coerência, xistosidade, porcentagem de recuperação e o índice de qualidade da rocha (RQD). Sempre que possível deve ser feita a determinação do NSPT. A sondagem a percussão com medida de torque, neste tipo de investigação, ao final da medida da penetração do amostrador, é feita a medida do torque necessário para rotacioná-lo (SPT-T). A medida do torque serve para caracterizar o atrito lateral entre o solo e o amostrador.

O ensaio de cone deve ser executado conforme a NBR 12069. Este ensaio consiste na cravação contínua de uma ponteira composta de cone e luva de atrito. É usado para determinação da estratigrafia e pode dar indicação da classificação do solo. Propriedades dos materiais ensaiados podem ser obtidas por correlações, sobretudo em depósitos de argilas moles e areias sedimentares. O ensaio de Piezocone (CPTU) permite a medida da poro-pressão gerada durante o processo de cravação e, eventualmente, sua dissipação.

O ensaio de palheta (vane test) deve ser executado conforme a NBR 10905. Este ensaio é empregado na determinação da resistência ao cisalhamento, não drenada, de solos moles. O ensaio de placa é uma prova de carga direta sobre o terreno, com o objetivo de caracterizar a deformabilidade e capacidade de carga do solo sob carregamento de fundações diretas, conforme NBR 6489.

O ensaio pressiométrico consiste na expansão de uma sonda cilíndrica no interior do terreno, em profundidades preestabelecidas. Dependendo do modo de inserção do pressiômetro no solo, pode ser classificado como pressiômetro em pré-furo (ou de Ménard), autoperfurante. O ensaio permite a obtenção de propriedades de resistência e tensão-deformação do material.

O ensaio dilatométrico (dilatômetro de Marchetti) consiste na cravação de uma lâmina, que possui um diafragma. Este diafragma é empurrado contra o solo pela aplicação de uma pressão de gás. O ensaio pode ser usado para determinação da estratigrafia e pode dar indicação da classificação do solo. Propriedades dos materiais ensaiados podem ser obtidas por correlação, sobretudo em depósitos de argilas moles e areias sedimentares.

Os ensaios sísmicos (crosshole, downhole e cone sísmico) são realizados em profundidades preestabelecidas e fornecem, basicamente, a velocidade de propagação da onda cisalhante. A partir destes dados é possível estimar o módulo de elasticidade transversal inicial, Go, do solo. Os ensaios de permeabilidade (infiltração ou recuperação) permitem a avaliação do coeficiente de permeabilidade in situ do solo.

O ensaio de perda d’água em rocha permite obter informações sobre a capacidade de condução de água do maciço rochoso e dá indicações sobre o fraturamento da rocha. Os ensaios de laboratório visam classificar os solos, determinar parâmetros de resistência, de deformabilidade e de permeabilidade. As amostras representativas das camadas de solos devem ser retiradas através de poços e trincheiras de acordo com a NBR 9820 e a NBR 9604. Para os ensaios de caracterização dos solos podem ser obtidas amostras por meio de trado, de acordo com a NBR 9603.

Os ensaios de caracterização compreendem: granulometria, conforme NBR 7181; umidade natural (h), para solos argilosos, conforme NBR 6457; limite de liquidez (LL), para solos argilosos, conforme NBR 6459; limite de plasticidade (LP), para solos argilosos, conforme NBR 7180; peso específico real dos grãos, conforme NBR 6508. O ensaio de cisalhamento direto visa determinar os parâmetros de resistência ao cisalhamento do solo (coesão e ângulo de atrito).

O ensaio triaxial visa a determinação dos parâmetros de resistência e de deformabilidade do solo. Dependendo das condições de drenagem, seja na fase de adensamento sob a tensão confinante seja na fase de aplicação da tensão desviadora, o ensaio pode ser classificado como: ensaio adensado drenado (CD), ensaio adensado não drenado (CU) e ensaio não adensado não drenado (UU). Se no segundo tipo de ensaio forem feitas medidas das poro-pressões (ensaio CŪ), é possível a obtenção de parâmetros de resistência em termos de tensões efetivas.

O ensaio de adensamento determina as características de compressibilidade dos solos sob a condição de confinamento lateral, conforme NBR 12007. Há várias formas para se caracterizar o solo quanto à sua expansibilidade. O ensaio mais comum é o que emprega o equipamento utilizado no ensaio de adensamento. Outros ensaios de laboratório, como os citados a seguir, também podem fornecer informações sobre a expansibilidade do solo: granulometria (pela porcentagem da fração argila); índice de plasticidade; difração de raios X (pela caracterização do mineral argílico); adsorção de azul-de-metileno; análise termodiferencial; espectrometria infravermelha.

O ensaio de colapsibilidade é indicado no caso de solos não saturados que possam apresentar colapso com o aumento de umidade. O ensaio mais simples é feito no mesmo equipamento utilizado no ensaio de adensamento, medindo-se a deformação vertical sofrida pela amostra, em uma determinada tensão, ao ser inundada. O ensaio de permeabilidade permite determinar os coeficientes de permeabilidade vertical e horizontal de uma amostra de solo.

Os ensaios químicos permitem avaliar a contaminação do solo e da água subterrânea, visando o estudo de sua influência no comportamento das fundações. Os esforços, determinados a partir das ações e suas combinações, conforme prescrito na NBR 8681, devem ser fornecidos pelo projetista da estrutura a quem cabe individualizar qual o conjunto de esforços para verificação dos estados-limites últimos (ELU) e qual o conjunto para verificação dos estados-limites de serviço (ELS). Esses esforços devem ser fornecidos em termos de valores de projeto, já considerando os coeficientes de majoração conforme NBR 8681.

Para o caso de o projeto de fundações ser desenvolvido em termos de fator de segurança global, devem ser solicitados ao projetista estrutural os valores dos coeficientes pelos quais as solicitações em termos de valores de projeto devem ser divididas, em cada caso, para reduzi-las às solicitações características. Os esforços devem ser fornecidos no nível do topo das fundações (no caso de edifícios o topo das cintas, no caso de pontes o topo dos blocos ou sapatas) ou ao nível da interface entre os projetos (superestrutura e fundações/infraestrutura), devendo ficar bem caracterizado este nível.

As ações devem ser separadas de acordo com suas naturezas, conforme prevê a NBR 8681: ações permanentes (peso próprio, sobrecarga permanente, empuxos, etc.); ações variáveis (sobrecargas variáveis, impactos, vento, etc.); ações excepcionais. Devem ser considerados os empuxos de terra e empuxos de sobrecargas atuantes no solo. Caso estejam previstos aterros contra a estrutura ou vizinhança da obra, o projetista das fundações deve ser informado. Esses esforços devem ser informados ao projetista da estrutura.

O empuxo de terra deve ser considerado de forma compatível com a deslocabilidade da estrutura (ativo, repouso, passivo). Este empuxo, quando assimétrico, influi na estabilidade da estrutura. Outros esforços atuantes sobre elementos de fundação profunda que devem ser considerados, quando for o caso, são: atrito negativo e carregamentos laterais devidos a sobrecargas assimétricas. Devem ser considerados os empuxos de água, tanto superficial quanto subterrânea. No caso de fluxos de água deve ser considerada a possibilidade de erosão. O efeito favorável da subpressão no alívio de cargas nas fundações não pode ser considerado.

Em função da finalidade da obra e quando previamente conhecidas, devem ser consideradas as ações excepcionais no projeto das fundações: alteração do estado de tensões causadas por obras nas proximidades (escavações, aterros, túneis, etc.); tráfego de veículos pesados e equipamentos de construção; carregamentos especiais de construção; explosão, incêndio, colisão de veículos, enchentes, sismos, etc. Em estruturas nas quais a deformabilidade das fundações pode influenciar na distribuição de esforços, deve-se estudar a interação solo-estrutura ou fundação-estrutura.

Deve ser considerado o peso próprio de blocos de coroamento ou sapatas ou no mínimo 5 % da carga vertical permanente. As situações de projeto a serem verificadas quanto aos estados-limites últimos (ELU) e de serviço (ELS) devem contemplar as ações e suas combinações e outras solicitações conhecidas e previsíveis. Deve ser considerada a sensibilidade da estrutura às deformações das fundações. Estruturas sensíveis a recalques devem ser analisadas considerando-se a interação solo-estrutura.

O resultado das investigações geotécnicas deve ser interpretado de forma a identificar espacialmente a composição do solo ou da rocha, suas propriedades mecânicas, profundidades das diversas camadas de solo ou características da rocha. Dependendo das características geológicas e das dimensões do terreno, pode ser necessário dividi-lo em regiões representativas que apresentem pequena variabilidade nas suas características geotécnicas.

O projetista das fundações deve definir estas regiões para a eventual programação de investigações adicionais, elaboração do projeto e programação dos ensaios de desempenho das fundações. O projeto deve assegurar que as fundações apresentem segurança quanto aos: estado-limite último (associados a colapso parcial ou total da obra); estado-limite de serviço (quando ocorrem deformações, fissuras, etc. que comprometem o uso da obra).

Os estados limites último representam os mecanismos que conduzem ao colapso da fundação. Os seguintes mecanismos podem caracterizar o estado-limite último: perda de estabilidade global; ruptura por esgotamento da capacidade de carga do terreno; ruptura por deslizamento (fundações superficiais); ruptura estrutural em decorrência de movimentos da fundação; arrancamento ou insuficiência de resistência por tração; ruptura do terreno decorrente de carregamentos transversais; ruptura estrutural (estaca ou tubulão) por compressão, flexão, flambagem ou cisalhamento.

 

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