Capítulo III - Fundacoes Superficiais e Profundas

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Capítulo III - Fundacoes Superficiais e Profundas

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Universidade Politécnica/ Apolitécnica

Capítulo 55 DIMENSIONAMENTO D DE E ELEMENTOS D DE F FUNDAÇÕES Índice T Temático 1.

Introdução ...................... ..................... ...................... ..................... ..................... .........

1.1. Definição ........................................................................................... ................................................................................................................................. ......................................

1.2. Tipos de fundações ............................................................................................................... 1.2.1.

Fundação superficial ou Directa ........................................................... ........................................................................... ................

1.2.2.

Fundação profunda ........................................................... ................................................................................................. .......................................

1.3. Escolha Esco lha do tipo de fundações/ fun dações/ Critérios de Dimensionamento Di mensionamento ................................... 2.

Fundações Superficiais – Sapatas ....................................... .................. ..................... ..................... .................

2.1. Simbologia e solicitações ............................................................... ..................................................................................................... .......................................

2.2. Classificação de Sapatas ............................................................................... ....................................................................................................... ........................ 2.2.1.

Quanto a tipo do elemento vertical ..................................................... ...................................................................... .................

2.2.2.

Quanto a sua forma em planta ........................................................... .............................................................................. ....................

2.2.3.

Quanto a posição do elemento vertical ........................................................... ................................................................ .....

2.2.4.

Quanto a altura da sapata .................................................................... ...................................................................................... ...................

2.3. Analise de tensões tens ões no n o terreno terren o....................................................................... ............................................................................................. ...................... 2.3.1.

Tensões instaladas ...................................................... ................................................................................................... .............................................

2.3.2.

Tensão de referência ............................................................... ................................................................................................ .................................

2.4. Critérios de Dimensionamento D imensionamento de Sapatas...................................................... Sapatas....................................................................... ................. 2.4.1. 2.4.1.1.

Pré – dimensionamento das dimensões em planta ............................................ 

Sign up to vote on this title Casos Particulares ............................................................ ............................................................................................... ....................................

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2.4.2.

Pré - dimensionamento da altura............................................................... .......................................................................... ...........

2.4.3.

Dimensionamento de peças de fundação

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Eng.ª Civil/Apontamentos

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Exemplo 4 ................................................................................................ ........................................................................................................................ ........................

Exemplo 5 ................................................................................................ ........................................................................................................................ ........................ 3.

Fundações profundas (Indirectas) – Estacas ..................... ..................... ..................

3.1. Generalidades ........................................................................................................................ ........................................................................................................................

3.2. Maciços de Encabeçamento de estacas est acas........................................................ .............................................................................. ...................... 3.2.1

Dimensões em planta ................................................... ............................................................................................. ...........................................

3.2.2

Espessura do Maciço de Encabeçamento de estacas ..........................................

3.2.3

Dimensionamento do maciço de Encabeçamento ..............................................

Exemplo 1 ................................................................................................ ........................................................................................................................ ........................

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Exemplo 4 ................................................................................................ ........................................................................................................................ ........................

Exemplo 5 ................................................................................................ ........................................................................................................................ ........................ 3.

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Dimensões em planta ................................................... ............................................................................................. ...........................................

3.2.2

Espessura do Maciço de Encabeçamento de estacas ..........................................

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1. Introdução 1.1. Definição

Fundações são elementos estruturais cuja função é transmitir as acções actuantes

estrutura à camada resistente do solo. Os elementos estruturais de fundações de

apresentar resistência adequada para suportar as tensões geradas pelos esforços solicita

Além disso, uma fundação deve transferir e distribuir seguramente as acções

superstrutura ao solo, de modo que não cause recalques diferenciais prejudiciais ao sist estrutural nem a própria ruptura do solo. 1.2. Tipos de fundações 1.2.1. Fundação superficial ou Directa

Elemento de fundação em que a acção é transmitida predominantemente pelas pres

distribuídas sob a base da fundação, e em que a profundidade de assentamento em rela

ao terreno adjacente é inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação. Neste tip fundação incluem-se as sapatas e ensoleiramentos. 1.2.2. Fundação profunda

Elemento de fundação que transmite as acções ao terreno pela base (resistência de po por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas e que

assente em profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão em planta e no mín 3m. Há duas subdivisões principais a considerar: Estacas e Pegões.


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As fundações profundas podem ser:

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c) Caixões

São normalmente caixas ocas de betão que são descidas no terreno por “HAVA

(escavação pelo interior), ou levados a flutuar na água para o local de implantação e e afundados. 1.3. Escolha do tipo de fundações/ Critérios de Dimensionamento

A qualidade e o comportamento de uma fundação dependem de uma boa escolha,

melhor concilie os aspectos técnicos e económicos de cada obra. Qualquer insucesso n

escolha pode representar, além de outros inconvenientes, custos elevadíssimos recuperação ou até mesmo o colapso da estrutura ou do solo.

O engenheiro de fundações, ao planejar e desenvolver o projecto, deve obter toda

informações possíveis referentes ao problema: estudar as diferentes soluções e varia

analisar os processos executivos; prever suas repercussões; estimar os seus custos e, en decidir sobre as viabilidades técnica e económica da sua execução. You're Reading a Preview

Unlock full access with a free trial.

Os factores que influenciam na escolha do tipo de fundação são analisados a seguir: Download With Free Trial

a) Relativo à super estrutura

Devem ser analisados aspectos como: o tipo de material que compõe as super estrutura

exemplo, betão armado ou pré-esforçado, estrutura pré-fabricada, estrutura de mad

metálica ou alvenaria estrutural; quanto a função da edificação, edifício residen 

to vote on this titlecomo grand comercial, galpão industrial, ponte, silos; e com relaçãoSign as up acções actuantes,

natureza, posição e tipo.

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d) Aspectos técnicos dos tipos de fundações

Muitas vezes surgem algumas limitações a certos tipos de fundações em função

capacidade de carga, equipamentos disponíveis, restrições técnicas, tais como: nível d’á matacões, camadas muito resistentes, repercussão dos prováveis assentamentos, etc. e) Edificações na vizinhança

Estudo da necessidade de protecção dos edifícios vizinhos, de acordo com o conhecim

do tipo e estado de conservação dos mesmos; como também a análise da tolerância ruídos e vibrações são indispensáveis. f) Custo

Depois da análise técnica é feito um estudo comparativo entre as alternativas tecnicam

indicadas. De acordo com as dificuldades técnicas que possam elevar os custos, o pro

arquitectónico poderá ser modificado. Um outro ponto relativo ao custo é o planeament

início e execução, pois, algumas vezes, uma fundação mais cara, garante um ret financeiro mais rápido.

You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.

g) Limitações dos tipos de fundações existentes no mercado

Trial de alguns poucos tipos qu Determinadas regiões optam pelaDownload utilizaçãoWith maisFree frequente

firmaram como mais convenientes localmente; o mercado torna-se limitado, sendo, porta

necessária uma análise da viabilidade da utilização de um tipo de fundação tecnicam indicada, mas não existente na região. 2. Fundações Superficiais – Sapatas 2.1. Simbologia e solicitações


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2.2. Classificação de Sapatas 2.2.1. Quanto a tipo do elemento vertical a) Sapata isolada: quando serve de fundação a um único pilar isolado

b) Sapata continua: quando serve de fundação a uma parede ou vários pilares You're Reading a Preview


Download With Free Trial

c) Ensoleiramento: quando serve de fundação a um conjunto de elementos verticais


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b) Homotética: e uma sapata em que as suas dimensões são proporcionais as dimen

do pilar, isto é, cumpre a relação: b x/by=Bx/By.

c) Bordos equidistantes: é uma sapata em as consolas em relação a face do pilar,

iguais nas duas direcções, isto é, cumpre as condições: B x=bx+2a0, By=by+2a0.

d) Quadrada: é uma sapata em que as suas dimensões nas duas direcções são ig

entre si, isto e, cumpre a condição: B x=By

You're Reading a Preview


e) Sapata com uma dimensão condicionada: e uma sapata em que por qual

Download With Free Triala um determinado valor máx condição uma das dimensões esta condicionada

isto e, uma sapata em que a dimensão por calcular numa direcção depende dimensão fixada na outra direcção e da acção transmitida a sapata.


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2.2.4. Quanto a altura da sapata

a) Sapata rígida: quando a altura útil da sapata e maior que a metade da máxim

consola, isto e, Hu ≥

max .consola 2

Sapata flexível: no caso contrario, isto é, quando: b)

H u ≤

max .consola 2

Pelo regulamento espanhol – EH 80

Tipo I: 0.5h≤ Vmax ≤ 2.0h – sapata rí

normal

Tipo II: Vmax<0.5h – Tipo consola c

tracções ligeiras Tipo III: Vmax > 2.0 h – sapata flexível

A altura útil d e a correspondente a se You're Readingda a Preview face, mas

d não e maior nem menor

Unlock full access with a free trial. 1.5V;

A distribuição de tensões no contacto sa


- solo de fundação, depende da rigide

sapata e das características de deform do solo. 2.3. Analise de tensões no terreno 2.3.1. Tensões instaladas


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b) Sapatas sob carga excêntrica

Em muitas situações práticas, as cargas verticais dos pilares são aplicadas excentricam

em relação ao centro de gravidade da sapata, gerando momentos nas fundações. Co

obrigatoriedade da consideração das acções do vento, normalmente os pilares transm

momentos em uma ou nas duas direcções principais, gerando na base da sapata solicita de flexão normal composta ou de flexão oblíqua composta.

Sapata sob carga excêntrica

O valor da tensão máxima do diagrama é obtido a partir das expressões clássicas

Resistência dos Materiais para a flexão composta (acção excêntrica). A distribuição

tensões depende do ponto de aplicação da força vertical em relação à uma região espec You're Reading a Preview

da secção, denominada núcleo central. Para forças verticais localizadas em qualquer pos Unlock full access with a free trial.

pertencente ao núcleo central, as tensões na sapata serão somente de compressão. Download With Free Trial




Núcleo central em sapatas de base rectangular

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A - é a área da sapata em planta; M = F.e e - é a excentricidade da força vertical F em relação ao CG da sapata; w - é o módulo de resistência elástico da base da sapata, igual a:

b × a2 w= 6 a - é a dimensão da sapata (em planta) na direcção analisada; b - é a dimensão (largura) na direcção perpendicular à analisada;

Para excentricidades de carga nas duas direcções ortogonais, valem as expressões da fle oblíqua composta, se a carga vertical situar-se no núcleo central, ou seja, se:

ex ≤

a 6

e

ey ≤

b 6

M x = F×ey M y = F×ex You're Reading a Preview a× b2 wtrial. x = Unlock full access with a free 6 a2 ×b = w Download With Free Trial y 6

Sapata sob carga excêntrica nas duas direcções

De acordo com as excentricidades apresentadas na figura, a tensão máxima na sapata oc  Sign up to vote on this title

no ponto 4:



σ

= σ4 =

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Betão Armad

Para forças verticais aplicadas fora do núcleo central

Quando a carga excêntrica estiver aplicada fora do núcleo central, apenas parte da sa

estará comprimida, não se admitindo tensões de tracção no contacto sapata – solo. A áre

sapata que é efectivamente comprimida deve ser calculada com as equações gerais equilíbrio entre as acções verticais e as reacções do solo sobre a sapata. 2.3.2. Tensão de referência

A tensão de referência define-se como sendo uma media pesada das tensões máxim

mínima instaladas no terreno, atribuindo-se um peso de 3 à tensão máxima e um peso d tensão mínima. Sendo assim e expressão da tensão de referência será:

σ ref =

3σ max + σ min 4

A noção de tensão de referência é importante já que a verificação de tensões no ter consiste exactamente em verificar a condição: You're Reading a Preview

σ ref ≤ σ adm


Em que σadm é a tensão admissível do terreno.


2.4. Critérios de Dimensionamento de Sapatas 2.4.1. Pré – dimensionamento das dimensões em planta

A análise de tensões no terreno tem que ser precedido pelo pré – dimensionamento ou Sign up to vote on this title

por um dimensionamento prévio das dimensões em planta.  Useful  Not useful

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Essa fórmula é:

1⎡ N+P⎤ B y = ⎢− α + e y β + (α + e y β − e x )2 + β ⎥ β ⎢⎣ σ adm ⎥⎦ B x = B y β + 2α Utilizando-se caso a caso os seguintes valores de α e β

Formulário de Pré – dimensionamento You're Reading a Preview full access with a free trial. P=10%N. e toma-se habitualmente Obs.: P é o peso próprio da sapataUnlock


2.4.1.1. Casos Particulares a) Sapata com uma dimensão condicionada

 Neste caso o núcleo da sapata que resiste à carga N+P hátode tal,title que adiciona Sign up voteser on this

excentricidade resulte a dimensão da sapata fixada.

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Betão Armad

Admitamos por hipótese que se esta condicionado pela direcção yy. Neste caso fixavalor de By e vai calcular-se o Bx.

Bx =

N+P + 2 e x Esta expressão só e valida se: B y > 2ey σ adm (B y − 2 e y )

No de pretender fixar o valor de B x e calcular o valor de By e expressão será:

By =

N+P + 2 e y Esta expressão só e valida se: B x > 2ex σ adm (B x − 2 e x )

b) Sapata contínua

Neste caso adopta-se a expressão dada para a sapata com uma dimensão condicionad

que no caso da figura abaixo se depreende que o estudo pode ser feito por uma faix comprimento unitário.

You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.


Note-se no entanto que no caso da figura a solicitação mais geral será: N e M y já que M

obrigatoriamente nulo. Caso não seja o estudo não poderá ser feito por unidade Sign up to vote on this title

comprimento.

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Betão Armad

B y = −α + e x + e y + (α + e y − e x )2 +

N+ σadm

B x = B y + 2α

Em termos da acção a considerar sobre o ensoleiramento, as cargas transmitidas p

elementos verticais, são todas transferidas estaticamente para o centro de gravidade G ensoleiramento. d) Sapata excêntrica

Neste caso pode-se adoptar qualquer das expressões dadas, tomando naturalm significados diferentes. Pequena excentricidade:

A solução é fixar a dimensão


3 Bx ≤ × bx 2



e chegar e a B y em função deste condicionamento, pois, se B y >>> a excentricidade ( também muito grande.


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Betão Armad

Grande Excentricidade

Nestes casos, a sapata devera ser contrabalançada por uma força (P). ⎧→ Fixando : a ⇒ P = M x + R × e ⎪ a ⎪ M x + R × e = P × a ⎨ou ⎪ M + R×e ⎪→ Fixando : P ⇒ a = x P ⎩ You're Reading a Preview

terrenos forem OBS: Só se justifica sapatas geminadas Unlock se full os access with a free trial. muito diferentes entre eles. Download With Free Trial

2.4.2. Pré - dimensionamento da altura

A Verificação de estabilidade interna corresponde, nesta fase, a assegurar a resistência

esforços de corte e/ou de punçoamento na sapata, do que resulta a determinação d altura adequada.




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Neste contexto, considera-se apenas o dimensionamento de sapatas rígidas já que para e

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Betão Armad

onde a’ é a maior consola. Usualmente os valores económicos de d estão contido intervalo

Pelo regulamento espanhol – EH 80

Tipo I: 0.5h ≤ Vmax ≤ 2.0h – sapata rí


normal

Unlock full access with a free trial. Tipo II: Vmax

< 0.5 h – Tipo consola c

tracções ligeiras Download With Free Trial Tipo III: Vmax > 2.0 h – sapata flexível


2.4.3. Dimensionamento de peças de fundação



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Os critérios de dimensionamento são genericamente e como para outras pecas estrutura

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Betão Armad

2.4.3.1. Verificação de Segurança ao punçoamento/corte (ELU) – REBAP

Dimensões da sapata Bx, By, H Dimensões do pilar bx, by Esforços de cálculo no pilar Nsd, Msd,x, Msd,y (Msd,x – momento a actuar na direcção x mobilizando a inércia em torno do eixo y) -

Verificação efectuada no contorne crítico definido à distância de 0,5d da face do pilar.

No contorno crítico temos:

u = 2 b x + b y + πd

4 − π ⎞ 2 A u = (bx + d )(by + d ) − ⎛ ⎜ ⎟d 4 ⎝ ⎠ You're Reading a Preview

Sendo:


u – perímetro do contorno critico Download With Free Trial

Au – Área definida pelo contorno critico

Esforço actuante de Punçoamento

 no int A parcela de carga correspondente à resultante das tensões do terreno contidas Sign up to vote on this title

Useful  Not useful  transmitida do contorno crítico pode ser descontada à carga vertical pelo pilar. Esta redu

só será feita para a parcela de carga relativa a valores de serviço (utilização)

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Betão Armad

σsd ,0 =

σsd ,medio 1 ,5

Efeito da excentricidade de carga

Segundo o REBAP este efeito pode ser considerado através de um factor de amplificação

tensões de corte instaladas ou do esforço actuante de corte vindo para pilares rectangula

Vsd , ef

⎛ e x + e y ⎞⎟ ⎜ = Vsd , red ⎜ 1 + 1.5 ' ' ⎟ b x × b y ⎠ ⎝

sendo

Vsd,ef – valor do esforço actuante de punçoamento tendo em consideração o efeit excentricidade de carga.

ex =

M M sd , x ; e y = sd , y N sd N sd

b’x, b’y – valor do esforço actuante de punçoamento tendo em consideração o efeit You're Reading a Preview excentricidade de carga.


' b'x Download e b = bx + d = by + d With Free Trialy

A tensão actuante máxima no contorno critico será:

τ sd = A verificação da segurança é estabelecida por: Em termos de tensões ≤

Vsd ,ef u×d Sign up to vote on this title

 Useful  Not useful Em termos de esforços

Vsd,ef ≤ Vrd

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Capítulo III - Fundacoes Superficiais e Profundas

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