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Análises preliminares para escolha do modelo de fundação de edificações Julho/2016
1 ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - Edição nº 11 Vol. 01/ 2016 julho/2016
Análises preliminares para escolha do modelo de fundação de
edificações
Paulo de Faria Ávila – [email protected]
Projeto, Execução e Controle de Estruturas e Fundações
Instituto de Pós-Graduação - IPOG
Várzea Grande/MT, 25 de julho de 2015
Resumo
O presente artigo trata das análises necessárias para a escolha do modelo de fundação a ser
utilizado quando da elaboração do projeto estrutural. É prática laboral em escritórios que o
projeto de fundação se inicie pelo recebimento/confecção da planta de cargas nos pilares,
cargas estas que serão dissipadas pelo solo através de um arcabouço estrutural, os elementos
de fundação, sejam eles sapatas, tubulões, estacas, radiers, entre outros modelos adotados
pela engenharia de estruturas. Quais os cuidados, parâmetros e análises deve o projetista de
fundações proceder para definir o modelo de fundação a ser adotado? O exame do subsolo
suporte com base exclusivamente dados de sondagem à percussão (SPT) pode se tornar
insuficiente para escolha de um modelo de fundação adequado, considerada a magnitude dos
carregamentos, o perfil do subsolo e os recalques admissíveis. Quanto melhor o
conhecimento do substrato suporte, melhores condições tem o projetista de adotar um modelo
de fundação correto para a estrutura, atendendo aos quesitos de segurança, desempenho e
economia. Através de pesquisa bibliográfica e normativa este artigo aborda fatores
essenciais que devem constituir as análises primeiras para o desenvolvimento do projeto de
fundação. Tornou-se conclusivo neste estudo que a avaliação conjugada do perfil
geológico/geotécnico, ladeado à planta de cargas e ao modelo estrutural, contemplando a
interação solo-estrutura, permite ao projetista de fundações escolher com maior precisão
qual o modelo de fundação melhor atende ao projeto como um todo.
Palavras-chave: Modelo de Fundação. Coeficiente de Segurança. Substrato suporte. Perfil
geotécnico/geológico. Capacidade de carga.
1. Introdução
Encontra-se em registros históricos que na antiga Babilônia o Código de
Hamurabi prescrevia em seu Artigo 229 a seguinte penalidade: “Se um construtor construir
uma casa para outrem, e não a fizer bem feita, e se a casa cair e matar seu dono, então o
construtor deverá ser condenado à morte” (apud Aoki (2011))1. Esta reflexão ilustra a
importância da segurança de uma edificação: se as penalidades são outras em tempos
1 AOKI, Nelson. Dogma do Fator de Segurança. Artigo. USP. 2011. [email protected].
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hodiernos, a consideração e relevância do tema não sofreu qualquer decréscimo.
Dá-se o nome de fundação ao arcabouço estrutural de uma edificação que possui a
finalidade de transmitir cargas ao terreno subjacente. Segundo CAPUTO (1981: p.169)2 a
instalação da fundação é precedida preliminarmente de duas fases “essencialmente distintas:
o estudo das cargas atuantes sobre a fundação e o estudo do terreno”. De modo geral, as
cargas são a serem transmitidas à fundação pelos pilares são cargas verticais (forças axiais) e
momentos fletores em duas direções: Mx e My.
Quando da elaboração do projeto de fundação, e de posse da planta de cargas, a
análise dos carregamentos nos pilares – forças axiais e momentos fletores – deverá caminhar
passo a passo com o estudo do substrato suporte. Estes dois fatores, alicerçados em laudos e
exames, subsidiará a escolha do modelo de fundação a ser adotado. Esta fase de elaboração do
projeto de fundação é propriamente o objeto de estudo deste trabalho.
Em outras palavras, quais são os ponderadores e subsídios para escolha do modelo
de fundação a ser adotado? Recomenda CAPUTO (2001: p.169)3 que, de posse da planta de
cargas, o modelo de fundação a ser adotado deve atentar-se a que: “a) as cargas da estrutura devem ser transmitidas às camadas do terreno capazes de
suportá-las sem ruptura;
b) as deformações das camadas do solo subjacentes às fundações devem ser compatíveis
com as da estrutura;
c) a execução das fundações não deve causar danos às estruturas vizinhas;
d) ao lado do aspecto técnico, a escolha do tipo de fundação deve atentar também para o
aspecto econômico”.
Denota-se que o primeiro item sugerido pelo autor se refere à magnitude dos
esforços e à capacidade de carga da fundação – tensões admissíveis – constituindo o primeiro
passo, a saber, a compatibilização entre a planta de cargas e o estrato suporte da edificação. O
aspecto sequencial remete o projetista ao campo das deformações advindas de recalques e
vibrações, as quais devem se fazer harmônicas com os elementos, ligações e vinculações da
estrutura. No campo da engenharia, e como de fato ocorre, os corpos, inclusive o solo suporte,
são tomados em seu comportamento elástico e, portanto, deformáveis. Pequenas que sejam,
revelam ao projetista o estado de tensões nela atuantes.
O autor enfatiza ainda duas outras imprescindíveis preocupações que deve ter o
projetista: a garantia da estabilidade de estruturas vizinhas e o atendimento ao princípio da
economia. A existência de estruturas vizinhas – edificações – pode inviabilizar a instalação de
fundações que impliquem em cravações por vibração ou percussão, por exemplo. De
semelhante forma, a realização de escavações deve ser cuidadosamente projetada a fim de que
tais estruturas vizinhas não sejam abaladas.
Findo, em função dos recursos disponíveis, cabe ao engenheiro projetista de
fundações optar pelo modelo que agregue consigo o melhor custo benefício. Não haveria
qualquer razoabilidade justificável, por exemplo, na utilização de sofisticados ensaios,
equipamentos e maquinários para solução de um conjunto de cargas (edificação) de relativa
simplicidade, não obstante, e conforme já enfatizado, a possibilidade da existência no subsolo
de grandes camadas moles, implicando em consideráveis recalques ao longo da vida útil da
2 CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos Solos e suas Aplicações. Volume 2. Rio de Janeiro. Livros Técnicos e
Científicos, 1981. 3 Idem.
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estrutura.
Segue-se que projeto de fundações deve atender à segurança estrutural (ELU) e às
limitações de deformação (ELS) - recalques, adicionando-se complementarmente os quesitos
de precauções de instalação e economia. Por outro lado, o nível destas investigações do
subsolo suporte, tanto quanto os demais quesitos, especialmente a interação solo-estrutura,
correlacionam-se diretamente ao porte da obra. A “interação solo-estrutura” e está definida no
sub item 3.46 da NBR 6122/20104 como sendo “mecanismos de análise estrutural que
consideram a deformabilidade das fundações juntamente com a super estrutura”.
No que se refere à investigação geológica a NBR 6122:2010, item 4.25,
recomenda que “em função do porte da obra ou de condicionantes específicos, deve ser
realizada vistoria geológica de campo por profissional de especializado...” e com relação à
investigação geotécnica, a mesma NBR no item 4.2 recomenda que “para qualquer
edificação deve ser feita uma campanha de investigação geotécnica preliminar, constituída
no mínimo por Sondagens à Percussão (com SPT)...”.
A recomendação Normativa é pontual e precisa: a investigação geológica é
condicionada ao porte da obra; a investigação geotécnica à percussão (SPT) torna-se condição
mínima para determinação da estratigrafia do terreno subjacente para qualquer tipo de
edificação a ser instalada. A importância fundamental da coleta e análise dos dados
geológicos e geotécnicos na escolha do modelo de fundação revela que toda obra de
engenharia possui fatores de segurança intrínsecos, os quais visam compatibilizar os métodos
de dimensionamento com as incertezas decorrentes das hipóteses simplificadoras adotadas no
cálculo.
Este artigo visa subsidiar o projetista de fundações no que se refere aos cuidados e
análises iniciais, após o recebimento da planta de carga e Laudo de Sondagem à Percussão
(SPT) e que antecedem a definição do modelo de fundação a ser adotado.
2. Cargas admissíveis em fundações
Recebida a planta de cargas pelo projetista de fundações objetiva-se correlacionar
o substrato suporte (cota geométrica) com capacidade de dissipar tais esforços ao solo,
considerada a capacidade deste, sem ruptura. As ações nas fundações estão definidas no item
5 da NBR 6122/2010 e são provenientes de:
a) Da superestrutura: Estas cargas devem ser fornecidas pelo projetista da
estrutura “a quem cabe individualizar qual conjunto de esforços para
verificação dos estados limites últimos (ELU) e qual conjunto para
verificação dos estados limites de serviço (ELS)”, em consonante ao
prescrito pela NBR 8681/2004 – Ações e Segurança nas Estruturas,
ressaltando ainda que tais carregamentos devem ser fornecidos em
termos de valores de projeto, ou seja, aplicados os devidos e respectivos
coeficientes de majoração de esforços;
b) Decorrentes do terreno: Conforme item 5.2 da NBR 6122/2010 são os
esforços advindos de empuxos de terra e empuxos de sobrecargas
4 Idem. 5 Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT NBR 6122:2010: Projeto e Execução de Fundações. 91 p.
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atuantes no solo. Além disso, considera o documento normativo que caso
haja previsão de aterros em função de edificações vizinhas, estes devem
ser informados ao projetista de fundações. A contrapartida é informar o
projetista da estrutura dos esforços advindos de empuxos, possivelmente
ainda não considerados no projeto inicial da estrutura;
c) Decorrentes de água superficial e subterrânea: Aspecto fundamental
destas ações é a consideração da possibilidade de erosão por fluxos de
água. O alívio de cargas nas fundações por efeito favorável de subpressão
não pode ser considerado no dimensionamento;
d) Ações Excepcionais: Considerações referentes a tensões provocadas por
edificações (obras) vizinhas; tráfego de veículos e equipamentos pesados;
outros carregamentos especiais; explosão, sismos, etc;
e) Interação solo estrutura: considerações referentes a conformação dos
carregamentos e redistribuição dos esforços provocados pela deformação
no solo;
f) Peso próprio de fundações: Estabelece a Norma que seja considerado o
peso próprio de blocos de coroamento e sapatas ou um mínimo de 5%
dos carregamentos verticais permanentes para cômputo do peso próprio
das fundações;
g) Alívio de cargas em razão de viga alavanca: Permite a Norma a redução
em até 50% da carga nominal atuante para efeito de dimensionamento do
elemento de fundação.
Métodos de determinação de carga admissível em solos não é objeto de estudo de
trabalho. Aborda-se aspectos relevantes para determinação do modelo de fundação. A carga
admissível em fundações relaciona-se diretamente a dois fatores: o tipo de solo e o modelo de
cálculo adotado para conversão de resultados de ensaio em taxa de capacidade de carga do
solo. O Fator de segurança deve atender a critérios normativos e estará implícito no modelo
de cálculo adotado.
O valor contido na planta de cargas dos pilares, a ser dissipado ao solo, deverá ser
expresso em seu valor de projeto, nominado pela NBR 8681/2004 – Ações e Segurança nas
Estruturas como dS , ou carregamento solicitante. O valor solicitante de projeto para
Combinações Últimas Normais é definido pela mesma Norma, Item 5.1.3 – Requisitos de
Segurança, tomando-se os carregamentos permanentes, em seus valores característicos,
majorados pelos respectivos coeficientes de segurança, seguido de um carregamento variável,
majorado por seu devido coeficiente e os demais carregamentos variáveis multiplicados pelos
ponderadores, conforme expressão:
dF
n
j
jkQjkQ
m
i
qkGigi FFF2
0,,1
1
, ,
Onde:
kQiF , é o valor característico das ações permanentes;
kGF ,1 é o valor característico da ação variável tomada como principal para a
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combinação;
jkQjF 0, é o valor reduzido de combinação para cada uma das demais ações
variáveis.
A Segurança nas Fundações, sob olhar da NBR 6120/2010 é abordada no Item 6,
e através do Sub Item 6.2.1.1.1 define os valores dos Coeficientes de Segurança para
Fundações Superficiais, conforme o Método para obtenção da Resistência Útima seja
Empírico ou Semi Empírico. Este quadro é mostrado abaixo:
Tabela 01: Fatores de Segurança para Fundações Superficiais – Coeficientes de minoração para
Solicitações de Compressão
Fonte: ABNT NBR 6120:2010, item 6.2.1.1
Observando o quadro verifica-se que o coeficiente de segurança a ser aplicado
para minoração da resistência última é diretamente proporcional aos ensaios realizados no
substrato e que melhor descrevam o seu comportamento. Além disso, a referida Norma define
no Item 7.3 procedimentos para obtenção da Tensão Admissível ou Tensão Resistente de
Projeto:
“7.3.1 – Prova de Carga sobre Placa
Ensaio realizado de acordo com a ABNT NBR 6489, cujos resultados devem ser
interpretados de modo a considerar a relação modelo-protótico (efeito de escala)
bem como as camadas influenciadas de solo.
7.3.2 – Métodos Teóricos
Podem ser empregados métodos analíticos (teorias de capacidade de carga) nos
domínios de validade de sua aplicação, que comtemplem todas as particularidades
de projeto, inclusive a natureza do carregamento (drenado ou não drenado).
7.3.3 – Métodos semi-empiricos
São métodos que relacionam resultados de ensaios (tais como SPT, CPT, etc.) com
tensões admissíveis ou tensões resistentes de projeto. Devem ser observados os
domínios de validade de suas aplicações, bem como as dispersões dos dados e as
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limitações regionais associadas a cada um dos métodos”.
Sob semelhante procedimento, define a mesma orientação Normativa os
Coeficientes de Minoração de Resistência para Fundações Profundas, através do Item 6.2.1.2
– Fatores de Segurança de Fundações Profundas. Deixa-se de consignar as tabelas e
coeficientes ( 4,3,2,1 ) a serem adotados em razão da natureza peculiar deste trabalho.
Ressalta-se, todavia, que a Carga Admissível da Fundação pode ser obtida por aplicação de
Métodos Semi-Empíricos (ensaios de campo), assim como pode ser obtida por obtida por
provas de carga executadas na fase de elaboração ou adequação do projeto.
Nota-se, com evidência, que no primeiro caso os valores auferidos são menos
precisos, definindo a Norma Fator de Segurança 2,0 para a carga admissível e 1,4 para a
Carga Resistente de Projeto. Já com a realização de provas de carga, o que resulta em maior
custo e também melhores resultados, o Fator de Segurança a ser adotado é de 1,6 para a Carga
Admissível e 1,14 para a Carga Resistente de Projeto.
Para a realização das provas de cargas considera-se importante ressaltar que:
a) As provas de cargas sejam estáticas;
b) As provas de cargas sejam especificadas na fase de projeto e executadas no
início da obra de modo que o projeto possa ser adequado para as demais estacas;
c) As provas de carga sejam levadas até uma carga no mínimo duas vezes a carga
admissível prevista em projeto.
Há a necessidade de diferenciar bem os conceitos de capacidade de carga e carga
admissível. O primeiro se refere ao modelo de cálculo para a resistência do solo ao
cisalhamento, ou seja, ao método utilizado para conversão de propriedades e coeficientes de
ensaio e laboratório em valores de capacidade de carga. Já o segundo conceito, carga
admissível, refere-se à aplicação do devido e respectivo coeficiente de segurança ao valor
encontrado através do modelo de cálculo.
Assim, também é importante ressaltar que a Norma não se atém primordialmente
ao coeficiente de segurança e não ao modelo de cálculo, o qual pode ser adotado pelo projeto.
Visando ressaltar a importância do coeficiente de segurança a ser adotado, a grande
responsabilidade do Engenheiro de Fundações, tanto no projeto como na execução, CAPUTO
(2001: p. 186)6 apresenta o seguinte quadro:
Fatores que influenciam a
escolha do Coeficiente de
Segurança
Coeficiente de Segurança
Pequeno Grande
Propriedades dos Materiais Solo homogêneo, Investigações
geotécnicas amplas
Solo não homogêneo,
Investigações Geotécnicas
escassas
Influências exteriores, tais como
vento, água, tremores de terra,
Grande número de informações
medidas e observações Poucas informações disponíveis
6 Op cit.
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etc. disponíveis
Precisão do Modelo de Cálculo Modelo bem representativo das
condições reais
Modelo grosseiramente
representativo das condições
reais
Consequências em caso de
acidente
Consequências
financeiras limitadas
e sem perdas de
vidas humanas
Consequências
financeiras
consideráveis e
risco de perdas de
vidas humanas
Consequências
financeiras
desastrosas e
elevadas perdas de
vidas humanas
Tabela 02: Coeficiente de Segurança de Fundações em função de possíveis riscos (consequências)
Fonte: CAPUTO, 2001: p. 186
O consagrado autor na área de solos e fundações supramencionado enfatiza
claramente que a adoção do Coeficiente de Segurança, ainda que normatizado, passa pelo
crivo do projetista da fundação. É também função precípua do conhecimento do estrato
suporte, da abundância ou escassez de investigações geológicas e geotécnicas, como também
da precisão do modelo de cálculo adotado.
O quadro vem ainda mostrar que o paradigma no qual muitos profissionais ou
leigos acreditam de que o maior valor do Coeficiente de Segurança é garantia da infalibilidade
da estrutura pode se tornar uma falácia. Paradoxamente, o grande fator determinante do
Coeficiente de Segurança é o conhecimento do substrato, através de abundantes investigações
e ensaios, através do que ocorre considerável redução do Coeficiente de segurança a ser
adotado. Esta redução é inclusive justificada, chegando ao patamar de 1,14 (conforme visto
anteriormente) mesmo porque as cargas já foram adotadas em seu valor de projeto, atendendo
à recomendação Normativa.
Desta forma, a definição do modelo de fundação perpassa a análise das Tensões
Admissíveis, analisada conjuntamente com a magnitude das cargas. Entretanto, também a
Tensão Resistente de Projeto é função das Investigações a serem desencadeadas, as quais são
atreladas aos Coeficientes de Segurança anteriormente definidos. Portanto, dependendo do
porte da obra e magnitude dos esforços, apontam-se as investigações geológicas e geotécnicas
necessárias.
A engenharia é reconhecidamente uma antiga profissão e ciência. Entretanto, o
estudo do solo e seu comportamento foi basicamente um trabalho desenvolvido no Século
XX. Grandes estudiosos e autores das teorias atualmente em uso são contemporâneos, ainda
que as bases teóricas tenham sido lançadas nos Século XVIII e XIX.
Diante de tantas variáveis que envolvem o problema de escolha e
dimensionamento da fundação, segue-se que é imprescindível que o Engenheiro,
especialmente o projetista de fundações, busque compreender o comportamento do solo.
Como material, o solo possui comportamento frágil. A fragilidade é a contraposição da
ductilidade, propriedade esta que pode ser definida como a capacidade que tem um material
de se deformar sem se romper.
A mecânica dos solos, para efeito de estudo e simplificação, adota o solo como
sendo um material homogêneo e estratificado. Sendo um material frágil, sujeita-se
basicamente a esforços de compressão – Tensões Normais – e sua ruptura é por cisalhamento.
Os estudos de Charles Augustin Coulomb (1736 – 1806), físico francês, e do Engenheiro
Alemão Christian Otto Mohr (1835), mais conhecido pelo desenvolvimento do método
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gráfico de determinação de Tensões Principais pelo “Círculo de Mohr”, constituem ainda hoje
a base teórica e referencial para os esforços devidos ao cisalhamento.
Adotando o solo como um meio contínuo para efeito de estudo de
comportamento, este é admitido sujeito a tensões e deformações. No estudo do
comportamento do solo dois coeficientes são essenciais para sua caracterização, no que se
refere à capacidade de carga: o coeficiente de coesão e o ângulo de atrito.
O atrito existente entre as partículas do solo, diretamente proporcional à
resistência ao cisalhamento, é promovido por diversos fatores. Um deles refere-se à ligação
química entre as partículas. Esta parcela da coesão é significativa e é chamada de coesão real.
Outra parcela, chamada de coesão aparente é devida à pressão capilar no meio intersticial.
Oscila com o grau de saturação e atua principalmente em solos argilosos. É normalmente
designado pela letra “c” nos modelos para obtenção da capacidade de carga do solo e também
chamado de constante do solo (material).
O ângulo de atrito também é uma propriedade do tipo de solo e expressa a
resistência promovida pelo atrito físico entre as partículas do solo. Pode ser definido como o
Módulo da força tangencial necessária para provocar o deslizamento de um plano sobre outro
com atuação de forças horizontais e verticais. O ângulo de atrito é medido entre a tangente e o
plano horizontal do gráfico constituído.
Vale observar que nos modelos de ensaios ao Cisalhamento Mohr e Coulomb e
Mohr-Coulomb o coeficiente de coesão “c” (constante do material) e o ângulo de atrito (φ)
constituem as variáveis principais. Tanto o coeficiente de coesão, como o ângulo de atrito são
bem representados pelo “Ensaio Direto”, dentre os mais antigos ensaios realizados em solo
cujo modelo laboratorial e gráfico representa o critério de ruptura de Coulomb e o qual é
representado a seguir:
Figura 01: Quadro representativo do Critério de Ruptura de Coulomb
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Fonte: PINTO, 2006: p. 2537
Figura 02: Quadro representativo do Critério de Ruptura de Coulomb
Fonte: PINTO, 2006: p. 255 ss8
A figura 03 mostra o esquema laboratorial desenvolvido por Coulomb para
verificação da resistência do solo ao cisalhamento. Nota-se que a força Normal (N) é aplicada
conjuntamente com a força tangencial (T). A tensão é aplicada até que a parte superior do
bloco sofra um deslizamento, provocando a ruptura do solo. A relação entre a força de
cisalhamento e a área - A
N , assim como a relação entre a força tangencial e a área do
bloco - A
T , conjuntamente, constituem o Módulo representativo do material, enquanto
que o ângulo entre esta curva e a horizontal constitui o ângulo de atrito do solo.
7 PINTO, Carlos de Souza. Curso básico de mecânica dos solos em 16 aulas. 3ª edição. São Paulo/SP. Oficina de
textos:2006. Página 253.
8 PINTO, Carlos de Souza. Curso básico de mecânica dos solos em 16 aulas. 3ª edição. São Paulo/SP. Oficina de
textos:2006. Página 255 e seguintes.
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Figura 03: Curvas dos recalques de fundação em função da compressibilidade do solo.
Fonte: CAPUTO (2001: p. 183)
Estas curvas, formada pelas tensões de cisalhamento e tangenciais são
apresentadas na figura 04. A parte inicial da figura mostra que a constante do material “c”
atua conjuntamente com a resistência advinda do atrito entre as partículas e constituem a
equação geral do modelo τ = c + σ tanφ. O gráfico seguinte mostra a curva para um solo no
qual a constante “c” é nula, ou seja, sem coesão. O último gráfico apresenta que todo solo
coesivo, e considerando apenas a resistência ao cisalhamento promovida por esta propriedade,
constitui uma constante.
Faz-se necessário ainda considerar que cada solo, em consonância ao seu grau de
compressibilidade, conforme de apresente em estado fofo, semi-compacto ou compacto, ao
ser submetido aos esforços de compressão, desenvolverá deformações compatíveis às tensões
às quais é submetido. O quadro abaixo descreve o comportamento de um solo, em se tratando
dos recalques em função do nível de compressibilidade.
Para um solo fofo ou de grande camada compressível há que se considerar a
primeira curva, produzida pelo esforço P’r e recalque r’. Verifica-se um recalque constante e
proporcional à força P’r. Neste caso a ruptura dar-se-á quando o recalque for considerado
excessivo para o modelo adotado. A característica principal é que a curva não apresenta um
ponto definido de ruptura.
A curva formada pela carga Pr e o recalque r refere-se a solos pouco
compressíveis (semi compactos e compactos). Para estes solos os esforços produzem baixas
deformações e recalques. A curva produzida apresenta um ponto específico de ruptura a partir
do qual os acréscimos nos recalques serão bem maiores e desproporcionais ao acréscimo da
força Pr.
3. Investigações Geológicas e Geotécnicas
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Em conformidade à NBR 6122/2010 o projeto de fundações deve ser precedido de
Investigações Geológicas e Geotécnicas. Através do reconhecimento inicial do terreno (local)
onde haverá de ser instalada a Edificação, e seguindo as orientações da mesma Normativa,
deseja-se:
a) Fazer o reconhecimento do local;
b) Caracterizar feições topográficas e eventuais indícios de instabilidades de
taludes;
c) Verificar eventuais indícios da presença de aterro (bota fora) na área;
d) Verificar possível existência de materiais contaminantes lançados no local ou
existentes em decorrência de ocupação anterior;
e) Qual a prática local de projeto e execução de fundações;
f) O estado das construções vizinhas;
g) Identificar outras características geotécnicas/geológicas de interesse, como a
presença de matacões, afloramentos rochosos nas imediações, áreas brejosas,
minas de água, etc.
Este reconhecimento inicial deve ser realizado por profissional especializado e
constitui documentação suporte, tanto à realização do projeto, como para a equipe de
execução. A NBR 6122/2010, no item 4.2 recomenda que “Em função do porte da obra ou de
condicionantes específicos, deve ser realizada vistoria geológica de campo por profissional
especializado, eventualmente complementada por estudos geológicos adicionais”.
A análise do perfil geológico complementa os dados do perfil geotécnico. A
análise ampla dos dados disponíveis permite ao profissional e pesquisador munir-se de
avaliações mais precisas, recursos adicionais, ante o conhecimento mais detalhado do
substrato suporte, o qual haverá de interagir com o arcabouço estrutural (interação solo-
estrutura), deixando à mostra fatores que poderiam estar ocultos quando de uma avaliação
embasada unicamente em um laudo de sondagem à percussão SPT (Standart Penetration
Test), único ensaio efetivamente obrigatório sob cunho Normativo.
Geologia, do dicionário, “é a ciência que estuda a terra, sua composição,
estrutura, propriedades físicas e processos que lhe dão forma”. Assim, dá-se o nome de
investigação geológica ao conjunto de procedimentos realizados no terreno que remetem ao
processo natural lá ocorrido. Objetiva o mapeamento das rochas e solos; afloramentos ou
escavações; a topografia e relevo (descrição geomorfológica); assim como observação de
dobras, falhas ou fraturas (geologia estrutural).
Tal como a investigação geológica inicial, deve ser realizada uma investigação
geotécnica básica e preliminar. A Geotecnia visa caracterizar o substrato e suas propriedades.
Este estudo inicial, o qual deve ser constituído no mínimo pela Sondagem à Percussão
(Standard Penetration Test – SPT), visa definir entre outros fatores:
1) A estratigrafia do substrato e classificação dos solos encontrados, em
conformidade à NBR 6502/1995;
2) A posição do nível de água;
3) A medida do índice de resistência à penetração SPTN , segundo a NBR
6484/2001.
As investigações geotécnicas objetivam a aplicação de métodos científicos e
princípios de engenharia para a aquisição, interpretação e uso do conhecimento dos materiais
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da crosta terrestre e materiais do substrato suporte para a solução de problemas de engenharia.
Para edificações usuais, e conforme o porte da obra e demais investigações julgadas
necessárias pelo projetista de fundações, é prática laboral a solicitação dos seguintes exames:
a) Sondagem à Percussão: Este ensaio é obrigatório para o projeto de fundação de
qualquer tipo de edificação e constitui o ensaio mais utilizado na maioria dos
países. O Standard Penetration Test – SPT é normatizado pela ABNT NBR
6484/2001: Solo – Sondagens de simples reconhecimento com SPT e permite a
determinação do perfil estratigráfico das várias camadas constituintes do
substrato através da coleta e análise dos solos componentes, com vistas à
determinação da Carga Admissível. Após este ensaio define-se pela
necessidade ou não de novas investigações.
b) Sondagens Mistas e Rotativas: Este tipo de sondagem é realizado sempre que
há duvida sobre a camada do impenetrável à percussão. Objetiva a
determinação do SPTN .
c) Sondagem à Percussão com medida de Torque: SPT-T
O que caracteriza este tipo de Sondagem é que ao final da cravação do
amostrador é realizada a sua rotação para medida do torque necessário a este
esforço. O objetivo é avaliar o atrito existente entre o solo e o amostrador para
posterior conversão, pela aplicação de método específico, da capacidade de
carga lateral de estacas.
d) Ensaio de Cone (CPT): Este ensaio é normatizado pela ABNT NBR
12069/1991 e que consiste na cravação contínua de uma ponteira cônica e luva
de atrito. Visa coletar amostras para determinação da estratigrafia e capacidade
do solo. Quando este ensaio é complementado com a determinação das tensões
de poropressão, o equipamento passa a ser chamado de Piezzocone e o ensaio
de CPT-U.
e) Ensaio de Placa: É caracterizado pela aplicação de carga direta no solo, com o
objetivo de determinar a deformabilidade e a capacidade de carga do solo. É
Normatizado pela ABNT NBR 6489/1984 e sua aplicação influi diretamente
nos coeficientes de segurança a serem adotados para determinação da Carga
Admissível e Carga Resistente de Projeto.
4. Escolha do Modelo de Fundação Denota-se, no decorrer do estudo, que a escolha do Modelo de Fundação a ser
adotado para uma edificação é um problema de muitas variáveis. A própria Norma julga
recomendável “considerar a prática local de projeto e execução de fundações”, ou seja,
experiências anteriores, a fim de que se possa julgar os resultados já auferidos até o momento.
GOODMAN e KAROL, apud CAPUTO (2001: p.182)9 sugere um quadro de sugestões para
escolha do modelo de fundação, conforme abaixo.
Condições do Subsolo Possibilidades de Fundação
Estruturas Leves/Flexíveis Estruturas Pesadas/Rígidas
9 Op cit.
Análises preliminares para escolha do modelo de fundação de edificações Julho/2016
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Camada resistente a pequena
profundidade Sapatas ou Blocos
1) Sapatas ou Blocos;
2) “Radier” raso.
Camada compressível de grande
espessura
1) Sapatas em solo não
coesivo previamente
compactado;
2) “Radier” raso;
3) Estacas flutuantes
1) Radier profundo com
eventual estrutura de
enrijecimento;
2) Estacas de grande
comprimento;
3) Estacas flutuantes.
Camadas fracas sobrejacentes a
uma camada resistente
1) Estacas de ponta;
2) Sapatas ou Blocos em solo
não coesivo previamente
compactado ou um solo
pré-carregado;
3) “Radier” raso.
1) Estacas de ponta ou
tubulões;
2) “Radier” profundo.
Camada resistente sobrejacente à
camada fraca
1) Sapatas ou Blocos
2) “Radier” raso
1) “Radier” profundo
(Fundação Flutuante);
2) Estacas de grande
comprimento ou tubulões,
atravessando a camada
fraca
Camadas fracas e resistentes
alternadas
1) Sapatas ou Blocos;
2) “Radier” raso
1) “Radier” profundo;
2) Estacas ou Tubulões com
apoio numa camada
resistente.
Tabela 03: Escolha do modelo de fundação em função do tipo de fundação e da estrutura
Fonte: CAPUTO, 2001: p. 182
Portanto, o quadro acima sugere que o projetista de fundações lance mão, a priori,
da planta de cargas e do Laudo de Sondagem à Percussão ( SPTN ) e analise a estratigrafia do
substrato suporte, fazendo uma conformação prévia entre carga, solo e modelo de fundação.
Em outras palavras, isso equivale a promover a interação solo-estrutura, sabendo que o
primeiro incontinentemente se deformará ante a atuação do carregamento e a segunda sofrerá
recalques em função da acomodação às deformações.
O passo sequencial é adotar o adequado modelo de cálculo para o caso concreto,
principalmente considerando o grande quantitativo de variáveis que envolvem a modelagem
como um todo. Por outro lado, enfatizado pela própria recomendação normativa, a
experiência cumulada na história da execução de tantos projetos não pode ser desprezada.
Constitui um precioso acervo, muitas vezes registrado por profissionais, cuja aplicabilidade é
tão válida quanto o próprio modelo físico/matemático.
5. Considerações finais
Acomodar confortavelmente cargas no solo, promovendo uma adequada interação
solo-estrutura constitui um trabalho de grande técnica, conhecimento e experiência. Recebida
a planta de cargas e o Laudo de Sondagem a SPT (Standard Penetration Test) o projetista de
fundações iniciará um conjunto de análises e procedimentos que culminará no Projeto de
Fundação. Perpassará, contudo, por criteriosa análise do perfil Geológico e Geotécnico, pela
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solicitação ou não de exames complementares, análise do perfil da estrutura e recalques
admissíveis, estudo da estabilidade de estruturas vizinhas, além do quesito economia.
Desta forma, o desempenho da estrutura, que está diretamente vinculado ao
comportamento da fundação, é produto das tensões e deformações desenvolvidas no solo, que
por sua vez exterioriza suas propriedades mediante a capacidade de carga e tensões
admissíveis – critérios de ruptura - em conformidade ao modelo de cálculo utilizado.
Os quadros e tabelas apresentados neste estudo demonstram que em função do
porte da obra exames complementares do substrato suporte deverão ser solicitados. Estes
exames proveem o modelo de segurança e clareza do comportamento do solo ante a atuação
dos esforços, inclusive reduzindo os coeficientes de segurança a serem utilizados, melhorando
o desempenho da fundação no que se refere aos quesitos recalques/deformações, segurança e
economia. Ao contrário, a adoção de estruturas de fundação superdimensionadas e altos
coeficientes de segurança para compensar o desconhecimento do subsolo, não produzem
segurança e não atendem aos quesitos de um correto e ético trabalho de engenharia,
apontando ainda para graves riscos de acidentes, quando perdas materiais e de vidas humanas
serão inevitáveis.
A responsabilidade do engenheiro, em quaisquer ocasiões do exercício
profissional é sempre proporcional às possíveis consequências em caso de erros ou
ocorrências que superem as margens de segurança definidas em projeto. Ainda que os
modelos aplicáveis ao dimensionamento de estruturas sejam mais probabilísticos que
matemáticos, minimizar as possibilidades de colapso da estrutura, sem deixar de atender
outros quesitos aplicáveis, é o desafio do profissional de engenharia, neste caso do projetista
de fundações.
6. Referências Bibliográficas
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Artigo.
Análises preliminares para escolha do modelo de fundação de edificações Julho/2016
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Paulo/SP. Oficina de textos: 2006.