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CAPÍTULO 6 – EXECUÇÃO DE FUNDAÇÕES: SAPATAS, ESTACAS, ESCAVAÇÃO DE ATERROS
1. TIPOS DE FUNDAÇÕES
Fundação ou alicerce serve para apoiar a edificação no terreno, sendo o
elemento estrutural que transfere ao terreno as cargas que são aplicadas à
estrutura. A fundação depende do tipo de solo do terreno. Deve-se ter em
mente que a definição das fundações abrange dois aspectos básicos do
comportamento do terreno: a deformabilidade e a resistência dos materiais
que o compõem.
Utiliza-se a sondagem do terreno para se definir o tipo de fundação
mais adequada. A sondagem permite a definição da espessura das camadas
diferentes de um solo, a presença do nível de água e a resistência do solo.
As fundações são classificadas em dois grandes grupos: fundações
superficiais e fundações profundas.
1.1. FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS
Também chamadas rasas ou diretas, as fundações superficiais são aquelas
em que a carga é transmitida ao terreno, predominantemente, pelas pressões
distribuídas sob a base da fundação.Este tipo de fundação é adotado quando
encontramos terreno resistente na superfície (terreno firme situado até
1,20 a 1,50 m).
Os principais tipos de fundação superficial são:
bloco: fundação superficial de concreto, dimensionada de modo que as
tensões de tração nela produzidas possam ser resistidas pelo concreto, sem
necessidade de armadura, em geral constituída por ferragem, ou seja, no
bloco utilizamos somente o concreto (Figura 1.1. a).
sapata (baldrame): fundação superficial de concreto armado,
dimensionada de modo que as tensões de tração nela produzidas sejam
resistidas pela ferragem e não pelo concreto. Este tipo de fundação é muito
utilizado em pequenas construções em que se encontra o solo firme até uma
profundidade de 60cm (Figura 1.1 b).
A sapata ou baldrame é feita diretamente sobre o fundo de uma vala
escavada no terreno, podendo ser de blocos ou de concreto. A Figura 1.2 a
seguir mostra detalhes de sapatas corridas (baldrame) de blocos de concreto
e de concreto.
radier: abrange todos os pilares de uma obra ou é solicitada por
carregamentos distribuídos (tanques, depósitos, silos, etc.) (Ver Figura
1.1 c). Corresponde a uma laje de concreto sobre o solo, onde se apóia a
edificação. O radier só pode ser utilizado se o terreno tiver o mesmo tipo
de solo. Se uma parte for firme e a outra fraca, o radier não pode ser
utilizado. A Figura 1.3 mostra detalhes de um radier.
a) (b)
(c)
Figura 1.1 – Tipos de fundação superficial: (a) bloco, (b) sapata e
(c) radier.
(a)
(b)
Figura 1.2 – Detalhes de baldrame de blocos de concreto (a) e de
concreto (b).
Figura 1.3 – Detalhes do radier.
1.1.1. Execução de fundações superficiais
A seguir serão apresentados dois exemplos de execução de fundações
superficiais: o primeiro utilizado para pequenas construções e o segundo
para edificações maiores.
1.1.1.1 Execução de fundações superficiais em pequenas construções.
* Abertura de valas
São dois os motivos que nos levam a procurar, para a base de
construção, uma camada de solo abaixo da superfície: para que se elimine a
possibilidade de escorregamento lateral e para evitarmos as primeiras
camadas, que são geralmente de aterro recente ou de mistura com vegetação,
não merecendo confiança como base.
A largura da vala deve permitir o assentamento de tijolos em seu
interior, variando, portanto, com a largura do alicerce pretendido. Quando
as paredes forem de um tijolo, o alicerce será de um tijolo e meio (30 cm)
e exige largura de 45 cm para as valas. Paredes de meio tijolo usam
alicerces de um tijolo (20 cm) e exige largura de vala mínima de 35 cm.
A profundidade será a necessária para que se encontre terreno firme e
nunca inferior a 40 cm. Para pequenas construções fica viável a utilização
de sapata corrida (baldrame) para profundidades de no máximo 1,20 a 1,50 m.
Quando o terreno apresentar perfil inclinado, para respeitar o mínimo
de 40 cm onde o terreno for mais baixo e manter o nível da vala é
necessário realizar a vala formando degraus. A Figura 1.4 (a) apresenta a
solução que deve ser adotada.
Cada lance deve ser mantido rigorosamente em nível, sendo que o valor
de h deverá ser de no mínimo de 40 cm. O valor de h1 varia de acordo com a
inclinação do terreno e o comprimento dos degraus, devendo evitar valores
de h1 superiores a 50 cm.
Supondo que um terreno tenha rampa de 10%, pode-se calcular o
comprimento de cada degrau, para respeitar h = 40 cm e h1 = 50 cm.
Comprimento de cada degrau =
A Figura 1.4 (b) representa uma solução errada, pois mantém o fundo da
vala inclinado, o que acarreta dois inconvenientes: as fiadas dos tijolos
teriam que ir desaparecendo à medida que sobe o fundo da vala; e o contato
entre tijolos e concreto e solo se faria sobre uma superfície inclinada,
podendo ocorrer um deslizamento do conjunto.
(a)
(b)
Figura 1.4 – Detalhes da abertura de valas em terreno inclinado.
Depois de aberta a vala, procede-se o apiloamento do seu fundo. O
apiloamento não aumenta a resistência do solo, visto que os soquetes são
leves; o objetivo é a uniformização do fundo da vala. Consegue-se com ele
uma preparação para a camada de concreto que servirá para a base do
alicerce, evitando-se que a terra solta que existe no fundo da vala misture-
se com o concreto.
Durante a abertura das valas é importante observar a existência de
formigueiros. Caso apareçam sinais de sua presença é importante investigar
e localizar o centro do formigueiro, pois os mesmo chegam a formar espaços
vazios de mais de um metro cúbico, podendo produzir recalques. Para evitar
estes recalques é necessário providenciar sua extinção e preencher seu
centro com concreto magro.
* Execução de sapatas corridas (baldrames de blocos de concreto).
Sobre o fundo das valas deve-se aplicar uma camada de concreto com
traço econômico (1:3:6 – cimento, areia grossa e pedra 2 ou pedregulho) e
com espessura média de 10 cm. Normalmente não se emprega ferros, isto é,
não se arma o concreto. As finalidades desta camada são:
- Aumentar a resistência do solo, pois tem largura maior que a do
alicerce (aumentando, portanto, a superfície de contato entre alicerce
e terreno).
- Uniformizar e limpar o piso sobre o qual será levantado o alicerce de
alvenaria.
Após a construção da base da vala pode-se construir o baldrame, sendo
que estes têm largura maior que a das paredes para as quais servem de base
(sempre procurando aumentar a superfície de contato com o solo,
distribuindo as cargas concentradas), por isto, os baldrames de paredes de
um tijolo são feitos com tijolo e meio de espessura. A Figura 1.5 (a)
apresenta detalhes de um baldrame de tijolo e meio e a Figura 1.5 (b)
apresenta detalhes de um baldrame de um tijolo.
(a)
(b)
Figura 1.5 – Detalhes de alicerce comum para paredes de um tijolo (a) e
paredes de meio tijolo (b).
Verifica-se na Figura 1.5 que apesar da baldrame ter que ser embutido
no solo, o seu respaldo ou superfície superior deve estar acima do nível do
terreno, evitando que as paredes tenham contato com o solo. È aconselhável
a colocação de uma cinta de amarração no respaldo, pois a carga sobre as
fundações pode trazer, em determinadas condições, um esforço nos alicerces
de dentro para fora. Uma segunda vantagem de sua utilização consiste em
suportar e anular pequenos recalques do terreno, evitando trincas nas
paredes que sobre elas apóiam.
1.1.1.2 Execução de fundações superficiais em grandes construções
(edifícios em zona urbana e com subsolo).
As fundações superficiais em edifícios em zona urbana com pavimentos
de subsolo requerem, sempre, a execução de escavações. Conseqüentemente,
tem-se que pensar na escavação necessária, considerando, devidamente, os
fatores que nela intervêm, quais sejam, vizinhos (zona urbana),
profundidade, natureza do terreno e lençol d` água.
Neste caso deve-se prever um sistema de escoramento da escavação, pois
o desmoronamento das paredes de uma escavação, com profundidade maior que a
altura de um homem, pode provocar acidentes fatais.
Quando o lençol d'água se encontra acima do fundo da escavação a
entrada da água na escavação deve ser evitada, o que é conseguido com o
rebaixamento do lençol freático. Se o terreno for pouco permeável, pode-se
proceder à simples drenagem do fundo da escavação. Esta solução requer uma
execução rápida, pois, com o tempo, haverá risco de desestabilização das
paredes e do fundo da escavação. Ressalta-se que o rebaixamento do lençol
d'água pode ter influência danosa às construções vizinhas.
Em função destes fatores, a escavação dependerá do sistema de
escoramento e do método executivo. Este tipo de serviço geralmente é
realizado por empresas especializadas. A seguir será apresentado exemplo de
sistemas de escavação e métodos executivos.
* Escavação em talude.
Na escavação em talude, a incógnita é o seu ângulo de inclinação, cujo
projeto depende da natureza do terreno e da altura desta escavação. Este
tipo de escavação é pouco utilizado em subsolos de edifícios em zonas
urbanas em função da restrição da área dos terrenos. Este tipo de escavação
é comum em obras rodoviárias.
* Escavação contida ou escorada.
As escavações para execução de subsolos de edifícios em zonas urbanas
são sempre contidas ou escoradas.
Os elementos de contenção propriamente ditos podem ser: sistema de
escoamento vertical (paredes) ou sistemas de escoramento horizontal. Os
sistemas de escoramento vertical são: parede diafragma, estacas-pranchas
(metálicas, de madeira ou de concreto armado ou protendido), parede de
estacas justaposta (moldadas no solo), apresentados na Figura 1.6 (a). Os
sistemas de escoramento horizontal são: tirantes ou ancoragens; estroncas
(em aço ou madeira) e lajes de estrutura, apresentados na Figura 1.6 (b).
(a)
(b)
Figura 1.6 – Elementos de contenção.
A escolha do tipo de elemento a ser adotado em cada caso depende da
profundidade da escavação, da natureza do solo, da presença do lençol
d'água, das condições dos vizinhos e dos equipamentos disponíveis.
A execução destes subsolos é realizada por dois processos executivos:
- Método direto ou convencional: a escavação avança até a cota
final com o escoramento horizontal promovido por tirantes ou
estroncas. Numa segunda etapa (Figura 1.7), a estrutura do
prédio começa a ser executada, de baixo para cima, e os
escoramentos provisórios passam a ser substituídos pelas lajes
da estrutura.
Figura 1.7 – Método convencional de execução de subsolo.
- Método invertido: primeiramente é executada uma laje para
permitir a escavação até a cota de outra laje em um nível
abaixo (Figura 1.8 a). A Figura 1.8 (b) mostra a fase final de
escavação, quando será executada a laje de fundo. Neste tipo de
execução não há necessidade de escoramentos horizontais
provisórios (estroncas ou tirantes), mas sim de apoios
provisórios para as lajes.
(a)
(b)
Figura 1.8 – Método invertido de execução de subsolo.
1.2 FUNDAÇÕES PROFUNDAS.
Quando não se encontra terreno resistente na superfície é necessário
apoiar a edificação em fundações profundas. As fundações profundas
transmitem a carga ao terreno pela base (resistência de base ou de ponta),
por sua superfície lateral (resistência lateral ou de fuste), ou por uma
combinação das duas (Figura 1.9).
Figura 1.9 – Alguns tipos de fundações profundas.
Dentre os diversos tipos de fundações profundas, destacam-se duas,
muito utilizadas no Brasil.
Estacas: elemento de fundação profunda executado com auxílio de
ferramentas ou equipamentos. A execução pode ser por cravação a percussão,
prensagem, vibração ou por escavação, ou, ainda, de forma mista, envolvendo
mais de um destes processos. As estacas mais utilizadas são:
- escavada: as estacas escavadas caracterizam-se por serem moldadas no
local após a escavação do solo, que pode ser efetuada através de sondas
específicas para a retirada da terra, de perfuratrizes rotativas ou
ainda com trados mecânicos (Figura 1.10 (a)) ou manuais, porém estes
últimos com possibilidade de atingir pequenas profundidades. As estacas
que utilizam trados manuais são denominadas brocas, e geralmente
atingem profundidade máxima de 8 m e possuem diâmetro de 20 a 50 cm. A
Figura 1.10 (b) mostra detalhes desta estaca.
(a)
(b)
Figura 1.10 – Trado mecânico (a), detalhes da estaca broca (b).
- pré-moldada: as estacas pré-moldadas caracterizam-se por serem
cravadas no terreno por percussão, prensagem ou vibração. As estacas
pré-moldadas podem ser constituídas de um único elemento estrutural
(madeira, aço, concreto armado ou protendido) ou pela associação de
dois desses elementos.
A execução de estacas é geralmente realizada por firmas especializadas,
já que requerem equipamentos e operários acostumados e práticos
em tais serviços, portanto não fazem parte do escopo deste
curso. A seguir serão apresentados os procedimentos adotados em
cravação de estacas pré-moldadas de concreto, como forma de
exemplificar o processo.
Fazer locação da estaca a ser cravada de acordo com o projeto e
providenciar deslocamento do bate-estacas (com peso adequado à seção da
estaca a ser cravada) até o local de cravação.
Posicionar o bate-estacas no local da cravação e aprumar a torre.
Colocar o coxim de madeira no local de contato entre o martelo hidráulico
e a estaca (capacete) para a absorção do impacto.
Içar a estaca até a torre colocando-a na posição vertical a ser cravada
(Figura 1.11).
Figura 1.11 – Colocação da estaca no bate estacas.
Acoplar o conjunto martelo-capacete na cabeça da estaca.
Proceder ao início da cravação lançando os seguintes dados no equipamento
de monitoração eletrônica da cravação ou processo similar localizado dentro
da cabine do bate-estaca: número da estaca, comprimento, peso do martelo e
seção da estaca.
Fazer o controle da cravação das estacas pelas nesgas e repiques,
colocando o papel de "controle de cravação" na estaca e marcando-o com
auxílio de um cavalete metálico (Figura 1.12).
Cravar a estaca até obter as negas e repiques previstos no boletim.
Figura 1.12 – Controle da cravação da estaca.
Realizar controle de pressão do martelo no manômetro de pressão no sistema
da cabine.
Controlar o número de golpes a cada 0,5 m.
Tubulão: elemento de fundação profunda de forma cilíndrica, em que,
pelo menos na sua fase final de execução, há a descida de operário (o
tubulão não difere da estaca por suas dimensões, mas pelo processo
executivo, que envolve a descida de operário). Como na abertura do tubulão
é realizada a abertura do fuste (furo), e esta abertura é geralmente manual
envolvendo a execução de um poço, a seguir serão apresentados os
procedimentos adotados na escavação de poços, que podem ser adotados na
abertura do fuste do tubulão.
Inicia-se a escavação do poço somente após a limpeza superficial do
terreno em uma área delimitada por um quadrado de 4m de lado.
No perímetro da área limpa escavam-se no solo dois sulcos rasos para
drenagem, a partir de um mesmo ponto acima da cota da entrada do poço
e com ângulo tal que evite o escorrimento da água para o interior do
poço.
Delimita-se a área do poço com seção quadrada de dimensão mínima de
1,2 m e crava-se, junto ao local da escavação, um piquete com a
identificação do poço que serve de ponto de referência para medidas de
profundidade e para fins de amarração topográfica.
A escavação é executada com picareta, enxadão e pá, e prossegue
normalmente até 2,5m de profundidade. A partir daí instala-se um
sarrilho munido de corda para a entrada e saída dos trabalhadores e
retirada de material escavado.
Por medida de segurança, mantém-se uma corda de reserva estendida
junto a parede do poço, firmemente fixada na superfície do terreno.
Nas paredes do poço são escavados degraus dispostos segundo duas
fileiras diametralmente opostas, para facilitar a escalada do poço com
o auxilio da corda de reserva.
No caso de serem detectados quaisquer indícios de instabilidade, por
menor que sejam, providencia-se o escoramento das paredes do poço com
tábuas de madeira.
Procede-se o escoramento de maneira a garantir a estabilidade das
seções consideradas instáveis, sem prejudicar a inspeção visual das
paredes. Desta forma, o mesmo é feito através de uma estrutura em
forma de malha, apresentando aberturas retangulares com larguras
suficientes para permitir o exame de toda seqüência vertical do
terreno.
Todo o solo retirado do poço é depositado ao seu redor em ordem
seqüencial.
O controle da profundidade do poço é feito através da medida direta
entre o fundo do poço e um ponto de referencia na superfície do
terreno.
No caso de se atingir o nível freático a operação de escavação é
interrompida parcialmente, anotando-se sua profundidade. Caso após 24
Horas o nível de água não tenha baixado, considera-se definitivamente
concluída na superfície do terreno.
O poço e considerado concluído nos seguintes casos:
- Quando atingir a profundidade prevista na especificação de serviços;
- Quando atingir o nível de água antes da profundidade supracitada;
- Quando ocorrer, no fundo do poço, material não escavável por
processos manuais. Neste caso, em se tratando de matacão, desloca-se o
poço para cerca de 2m, em qualquer direção.
Ao final de cada turno de trabalho, a entrada do poço é coberta por
uma tampa de madeira de modo a impedir a queda de animais e o
alargamento por águas pluviais. Tal procedimento também é adotado após
a conclusão dos serviços.
Após a conclusão do poço, procede-se a construção de uma cerca no
perímetro da área limpa , constituída de quatro fios de arame (farpado
ou liso) fixados em mourões.
2. EXECUÇÃO DE ATERROS
Durante a terraplenagem de uma obra geralmente ocorrem trabalhos de
escavações e aterros, necessários para modificar convenientemente o relevo
do terreno ou permitir a execução de fundações.
O material escavado normalmente é aproveitado no aterro da própria
obra, sendo que durante a construção deste aterro deve-se se seguir uma
metodologia para garantir a qualidade do material compactado. A seguir são
descritos os procedimentos que devem ser seguidos para a execução de um
aterro.
2.1 Serviços anteriores.
Antes do início da execução do aterro deve-se verificar os seguintes
itens:
- Realizar uma inspeção das características do solo a receber o aterro.
- Caso o aterro seja em local interno, verificar se as vigas baldrames
foram executadas.
2.2 Equipamentos.
Para a execução do aterro são necessários equipamentos para o
transporte e compactação do material.
Para o transporte e espalhamento do material são necessários: enxada,
carrinho-de-mão e pá. Para a compactação do aterro são necessários: socador
manual, mangueira de água e compactador mecânico.
2.3 Procedimento de execução.
2.3.1 Transporte e espalhamento do material
- Transportar o material a ser compactado até o local;
- Realizar o espalhamento do material em camada de no máximo 20 cm.
2.3.2 Compactação do aterro
- Compactar a camada nas proximidades dos elementos rígidos, tais como
blocos, pilares e vigas, utilizando o socador manual (Figura 1.13);
Figura 1.13 – Compactação utilizando socador manual.
- Se necessário, aplicar água sobre a camada (ou secar o material) para
atingir a umidade adequada para se obter uma compactação eficiente;
- Executar na seqüência a compactação da camada na área restante
utilizando compactador mecânico (Figura 1.14).
Figura 1.14 – Compactação utilizando compactador mecânico.
- Verificar a compactação na densidade e umidades recomendadas em
projeto (1).
- Repetir o processo até o nível do aterro estabelecido em projeto.
(1) controle utilizado em grandes aterros.
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DEPARTAMENTO DE APOIO E CONTROLE TÉCNICO - DCT.C
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