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Análise comparativa para a execução de fundações residenciais para os solos da Formação Caiuá e da Formação Serra Geral

Engenharia

Análise comparativa de solos e fundações para a execução de projetos de engenharia.

índice

1. Resumo

A construção civil obteve um crescimento significativo entre os anos de 1994 e 2013, tal desenvolvimento trouxe inúmeras novas obras para as cidades do Paraná. Porém, ao se projetar a fundação de uma edificação, deve-se estar atento ao solo onde essa construção será executada. As regiões com solos da Formação Caiuá e da Formação Serra Geral possuem características distintas, e que devem ser minuciosamente analisados ao projetar. Com o conhecimento das características do solo em que a obra será executada, é possível determinar o melhor tipo de fundação a ser aplicado na edificação e, ao serem calculadas para um mesmo projeto nas diferentes regiões, podem ser encontradas diferenças no sistema de fundações da obra. No presente trabalho é apresentado o estudo realizado para a execução da fundação de um projeto nas duas cidades, Loanda e Maringá, situadas nas regiões da Formação Caiuá e Formação Serra Geral respectivamente, e quais as principais diferenças encontradas no projeto de fundações de cada solo analisado.

Palavras-chave: Engenharia de Fundações, Sondagem do Solo, Fundações Rasas, Fundações Profundas.

Abstract

The construction industry has experienced significant growth between the years 1994 and 2013, this development has brought many new buildings for the Paraná cities. However, when designing the foundation of a building, one must be attentive to the ground where this building will be executed. The regions with the Caiuá Formation and Serra Geral Formation soils have different characteristics, and should be analyzed carefully when designing. With knowledge of soil characteristics in which building will be performed, you can determine the best type of foundation to be applied to the building and, when they are calculated for the same project in different regions can be found differences in the foundations system. In this paper we presented the study for the implementation of the foundation of a project in both cities, Loanda and Maringá, in the regions of Caiuá and Serra Geral Formation respectively, and what are the main differences in each soil foundation design analysis.

Keywords: Foundations Engineering, Soil Survey, Shallow Foundations, Deep Foundations.

2. Introdução

É comum ao andarmos pelas ruas de qualquer cidade do Brasil encontrarmos um canteiro de obras, isso se deve ao grande crescimento que a construção civil teve nos últimos anos. Segundo dados do SindusCon-MG, a construção civil cresceu 74,25% no período de 1994 a 2013. Essas obras não se diferenciam muito, com depósitos e sanitários por exemplo, mas algo que pode fazer toda diferença entre obras localizadas em municípios diferentes é o tipo de solo na qual ela será apoiada. As cidades de Maringá e Loanda, localizadas no estado do Paraná, são exemplos claros de diferenças entre os tipos de fundação que podem ser realizadas, principalmente porque os solos dessas duas cidades possuem características diferentes, se destacando principalmente pela primeira ter características mais argilosa, enquanto a segunda possui um solo mais arenoso (FONSECA, F. P.; CZUY, D. C., 2005).

“Os solos derivados da alteração das rochas da Formação Serra Geral são profundos, permeáveis, bem drenados e ocorrem sobre topografia plana a ondulada, apresentam alta capacidade de absorção de água e boas características físicas para o desenvolvimento dos vegetais, enquanto que os oriundos do arenito apresentam textura que varia de arenosa à média, com elevado teor de areia e baixa porcentagem de argila, os quais aparecem nos setores mais elevados da região. São solos extremamente friáveis e, consequentemente, com alta suscetibilidade à erosão. Os teores de areia atingem 85% a 90% e possuem níveis críticos de fósforo, potássio, cálcio, magnésio e, não raro, baixos níveis de matéria orgânica, cerca de 1%, podendo, frequentemente, ocorrer deficiência de macro e micronutrientes nas culturas.” (FONSECA, F. P.; CZUY, D. C., 2005).

Portanto, quais as diferenças entre se projetar uma mesma edificação nessas cidades? É possível aplicar a mesma fundação levando em consideração o mesmo projeto e as mesmas cargas em ambas cidades? O que deve ser levado em consideração na hora de se projetar tais projetos de fundação?

Conhecer a Engenharia de Fundações é o principal ponto de partida para se executar uma fundação, é necessário ter conhecimentos de Cálculo Estrutural e Geotécnicas como por exemplo geologia, mecânica dos solos e mecânica das rochas. Segundo Velloso e Lopes (2012) a estrutura calculada pelo engenheiro estrutural resulta em um conjunto de cargas, que são passadas para o engenheiro de fundações que com o auxílio de vários elementos e informações, que estão detalhadas a frente, projeta as fundações da obra. Tais fundações, quando estão sobre as ações das cargas da estrutura, transmitem as forças para o solo que por sua vez sofre deformações resultando em deslocamentos verticais (recalques), horizontais e rotações.

Costuma-se dizer que dentro da Engenharia Civil, o Engenheiro de Fundações necessita de mais experiência para atuar, levando em consideração que o ideal é que ele tenha projetado e acompanhado a execução de vários tipos de fundação e em condições diversas. Além disso o Engenheiro de Fundações deve ter conhecimento do solo em que está trabalhando, com base nas investigações do subsolo que devem ser feitas no local. (NÁPOLES NETO, A. D. F., 1998).

Existem vários tipos de processos de investigação do subsolo, como por exemplo poços e sondagens a trado, porém o mais comum de ser utilizado é a sondagem a percussão SPT.

“O ensaio de penetração dinâmica (SPT), normalizado pela NBR 6484, é realizado a cada metro na sondagem a percussão. O ensaio consiste na cravação de um amostrador normalizado, chamado originalmente de Raymond-Terzaghi, por meio de golpes de um peso de 65 kgf caindo de 75 cm de altura. Anota-se o número de golpes necessários para cravar os 45 cm do amostrador em 3 conjuntos de golpes para cada 15 cm. O resultado do ensaio SPT é o número de golpes necessário para cravar os 30 cm finais (desprezando-se, portanto, os primeiros 15 cm, embora o número de golpes para essa penetração seja também fornecido)” (VELLOSO, D. de A.; LOPES, F. de R., 2012).

Tendo as sondagens executadas corretamente, as informações retiradas delas são organizadas e apresentadas em um relatório escrito e outro gráfico e contém informações como: Locação dos furos de sondagem; Determinação dos tipos de solo existentes até a profundidade de projeto; Determinação da consistência e capacidade de carga do solo; Determinação da espessura de cada camada de solo; Informações do nível do lençol freático.

Com estes dados são retratados as características e propriedades do subsolo que são avaliados e minuciosamente estudados para servirem de base técnica para a escolha do tipo de fundação da edificação que melhor se adapta ao terreno. As fundações são classificadas de acordo com a maneira que a transferência de cargas da estrutura para o solo ocorre, sendo possível dividir em fundação do tipo direta e indireta.

As fundações diretas são aquelas que transferem as cargas da estrutura para o solo sem que ele se deforme exageradamente. Tal transmissão acontece através da base da fundação, sendo considerado apenas o apoio da peça para a transferência de esforços e desconsiderando qualquer outra eventual transferência de cargas. As fundações diretas podem ser subdivididas em rasas e profundas. Segundo Velloso e Lopes (2012) a fundações profundas são aquelas em que o mecanismo de ruptura da base não surge na superfície do terreno. Tipicamente esses mecanismos de ruptura atingem duas vezes o tamanho de sua menor dimensão, portanto a norma NBR 6122 estabeleceu que fundações profundas são aquelas que possuem sua base a uma profundidade maior que duas vezes sua menor dimensão, e a pelo menos 3 metros de profundidade. Já as fundações rasas são localizadas próximas a superfície, e possuem dimensões inferiores as citadas acima.

Alguns tipos mais comuns de fundações superficiais que podemos encontrar são:

Blocos

Mais utilizado quando existe atuação de pequenas cargas. São elementos de grande rigidez ligados por vigas “baldrames” e suportam predominantemente esforços de compressão simples provenientes das cargas transmitidas pelos pilares.

 

Sapatas

Trabalham com compressão simples e flexão, fazendo com que sejam executadas com materiais que resistam também a tração (aço). Podem ser dos tipos Sapata Isolada, que transmite para o solo as cargas de um ou mais pilares; Sapata Corrida, que são elementos contínuos e acompanham a linha da parede as quais elas transmitem as cargas; Sapata Associada, são casos em que dois pilares estão muito próximos e suas sapatas isoladas precisam se sobrepor, então é criada uma única sapata para ambos pilares; Sapatas Alavancadas, são casos em que a sapata está muito próxima a divisa do terreno e seu centro de gravidade não coincide com o centro de gravidade de carga do pilar, tendo necessidade de criar uma viga alavanca entre esta e a sapata mais próxima.

 

Radier

Quando a área das sapatas ultrapassa 50% da área da edificação, é mais vantajoso reunir todas as sapatas em um único elemento de fundação, chamado de Radier. Trata-se de uma peça inteiriça que recebe as cargas de toda a edificação.

 

Fundações indiretas são as que transferem cargas por efeito do atrito lateral do elemento com o solo. As fundações indiretas são necessariamente profundas, devido a forma de transmissão de cargas pela lateral, que exige grandes dimensões do elemento de fundação.

São comumente encontradas fundações profundas dos tipos:

Tubulão

São elementos de fundação que transmitem carga ao solo por compressão, através da escavação de um fuste cilíndrico com base alargada e uma profundidade igual ou superior a três vezes o seu diâmetro.

Estacas

Elemento de fundação profunda que é executada com o auxílio de equipamentos. Pode ser pré moldada, metálica ou de madeira e posteriormente cravada a percussão, prensagem ou vibração, e ainda pode ser escavada e concretada “in loco”.

Para ser determinado o tipo de fundação deve seguir alguns critérios. Segundo Larsen e Assis (2002) as características da obra podem determinar qual o tipo de fundação será executado, como por exemplo, uma obra que possui o subsolo de argila mole até uma grande profundidade. Cada caso deve ser analisado e fazer um estudo de alternativas para que se possa escolher a fundação com base no: Menor custo, menor prazo de execução e condições técnicas.

É sempre interessante que seja estudada mais de uma alternativa de fundação, para então comparar os prazos e custos de cada uma e então determinar qual será mais adequada para a obra.

Com o estudo necessário, a verificação correta dos solos e dimensionamento apropriado dos elementos de fundação, é possível determinar qual a melhor opção para a execução de uma fundação de uma mesma obra para as cidades de Loanda e Maringá, possibilitando que futuras obras sigam no caminho correto desde o início de seu projeto.

A execução da fundação é uma das etapas mais importantes de uma construção pois é nela que todo o edifício deverá se sustentar. Conhecer o tipo de solo que servirá de apoio para a fundação é essencial para evitarmos possíveis transtornos. As regiões norte e noroeste do estado do Paraná, assim como o restante do país, estão em constante ascensão e muitas novas obras estão começando sua execução em especial nas cidades de Loanda e Maringá, portanto é de extrema importância saber as propriedades do solo dessas duas regiões, conhecer suas propriedades físicas para que possa ser determinado com precisão qual tipo de fundaçao melhor se adapta na execução de um mesmo projeto porém em nesses dois locais.

Para que este trabalho seja executado, é necessário determinar quais os tipos de fundação são mais indicadas para serem executadas em obras de mesmo dimensionamento e distribuição de cargas, porem localizadas em cidades que possuem solos com características da Formação Caiuá e da Formação Serra Geral. Para isso, será necessário então que se colete laudos de sondagem de simples reconhecimento do solo (SPT – standard penetration test) e então avalie seus resultados; Demonstrar através de cálculos a fundação mais apropriada para cada caso; Elaborar projeto geométrico e estrutural das fundações; Comparar os resultados obtidos e apontar as diferenças de se construir em cada tipo de solo.

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3. Materiais e programa experimental

A primeira medida a ser tomada é executar a investigação geotécnica preliminar, para  seja possivel então determinar qual a qualidade e as características fisicas do solo. Para tal, a Empresa G. forneceu os laudos de sondagem de reconhecimento simples do solo (SPT – standard penetration test). Para cada lote foram executados 3 furos de sondagem, e com o auxilio dos relatórios gerados a partir dessas sondagens, é possivel verificar a qual profundidade o solo possui resistencia suficiente para executar a fundação.

Após conhecer as propriedades do solo, são executados os cálculos de capacidade de carga, conforme a normativa NBR 6122/2010, seguindo os métodos de Aoki-Velloso e Décourt-Quaresma. Para a determinação da capacidade de carga do solo, a favor da segurança, é adotado o menor valor encontrado dentre os dois métodos de cálculo.

Assim que conhecidos os valores de capacidade de carga que o solo possui de metro em metro, é possível calcular o dimensionamento e armaduras das estacas e blocos, novamente segundo a NBR 6122/2010. Para isso, é necessário ter em mãos a planta de cargas da edificação, contendo as dimensões dos pilares e as cargas que são aplicadas em cada pilar.

Através das cargas aplicadas nos pilares e da capacidade de carga do solo, é possível determinar também quantas estacas são necessárias para cada pilar. Em pilares que forem necessários mais de uma estaca é necessária a execução de um bloco de coroamento para a transmissão das cargas do pilar para as estacas. Caso o pilar possua somente uma estaca, fica a critério do projetista colocar ou não um bloco sobre a estaca.

4. Resultados e discussões

Ao finalizar os cálculos de dimensionamento e armadura das fundações de estacas para as cidades de Maringá e Loanda, foi possível quantificar e organizar as fundações das cidades, gerando as seguintes plantas de fundação. Nela podemos verificar as cargas e dimensões dos pilares, a localização das estacas em relação ao pilar, há também uma escala de cores para facilitar a comparação dos projetos executados nas duas cidades.

Para a cidade de Maringá, com o intuito de padronizar as profundidades das estacas, foram utilizadas estacas de 5 metros de profundidade, sendo as variáveis de cada pilar o diâmetro e a quantidade de estacas que estariam sob ele. Pode-se notar pelo projeto de fundações mostrado acima que, devido à resistência do solo, obteve-se uma predominância de pilares com uma única estaca de 15 cm de diâmetro. No total, foram contabilizados 37 pilares com uma estaca de 15 cm, isso deve-se a pouca carga aplicada nos mesmos que aliada a resistência do solo, possibilitou a escolha de poucas estacas. Para os pilares P24 e P25, localizados mais ao centro da edificação, foi necessário optar por estacas únicas de 25 cm de diâmetro, pois sua carga é levemente superior aos demais pilares que possuem apenas uma estaca.

Seis pilares precisaram ser suportados por blocos de duas estacas de 15 cm de diametro e outros dois com blocos de duas estacas com 25 cm de diametro. Tais pilares encontram-se em pontos estrategicos da edificação, em sua maioria com grandes distancias em relação a outros pilares e com cargas altas aplicadas sobre eles. Nos pilares P40 e P54, foi necessário adotar 3 estacas de 25 cm de diametro. Eles possuem as maiores cargas da edificação e também estão localizados em pontos mais isolados da e que por isso, suportam grandes cargas, optando por este reforço na fundação.

Para a cidade de Loanda devido a resistencia do solo ser inferior ao solo de maringá foram adotadas estacas com 8 metros de profundidade, e assim como para o caso de Maringá, foi elaborado o projeto de fundações como é possivel observar na imagem abaixo. Para o projeto da edificação realizado em Loanda 31 dos pilares ficaram com uma unica estaca de 15 cm de diametro. Sete dos pilares precisaram de uma estaca com 25 cm de diametro, onde comparando com os resultados obtidos no estudo para a cidade de Maringá é possivel notar que os pilares P09, P22, P35, P44 e P45 diferem, necessitando de estacas com 25 cm.

Pilares com duas estacas de 15 cm de diametros também foram em menor numero quando comparados com o outro estudo, totalizando quatro pilares com essas condições. Em compensação, a quantidade de pilares com duas estacas de 25 cm de diametro aumentou, somando quatro  pilares, sendo eles os pilares P11, P41, P50 e P52. Tais pilares, quando comparados com os resultados obtidos em Maringá, tiveram suas estacas com diametro redimensionado. A quantidade de pilares com três estacas de 25 cm de diametro permaneceu igual para as duas cidades, sendo eles os pilares P40 e P54, que possuem as maiores cargas da edificação, os resultados.

Para ambas as cidades notou-se a necessidade de se executarem fundações profundas, isso se deve a baixa resistência superficial do solo nos lotes analisados. Apesar de possuirem propriedades diferentes, sendo o solo de Maringá mais argiloso e o solo de Loanda mais arenoso, nenhum dos dois possui uma grande resistencia superficial, optado então para que sejam feitas fundações profundas, no caso estacas escavadas. Segundo Rebello (2007), as fundações profundas são mais utilizadas quando o solos superficiais não possuem capacidade para suportar cargas elevadas, ou quando estão sujeitas a processos erosivos, ou ainda quando tem a possibilidade de serem realizadas futuras escavações nas proximidades da obra. Vale ressaltar que em outros pontos das cidades a resistência superficial pode ser maior, podendo então executar outros tipos de fundação.

As principais diferenças encontradas entre as estacas calculadas para a cidade de Maringá e Loanda foram nos quesitos profundidade e diâmetro das estacas. Para o solo de Maringá, foi alcançado capacidade de carga suficiente para executar as fundações com 5 (cinco) metros de profundidade, enquanto na cidade de Loanda, só foi atingido capacidade de carga satisfatório a 8 (oito) metros de profundidade. Isso se dá pelo tipo de solo que é encontrado em cada região.

Como já mencionado anteriormente, a cidade de Maringá está situada na Formação Serra Geral, sendo constituida por rochas magmáticas, que por sua vez resulta na elevação da resistência do solo. Já a cidade de Loanda se encontra na Formação Caiuá, que possui caracteristicas de solo arenoso, tendo resistência considerada satisfatória somente a profundidades mais elevadas.

Com relação ao diâmetro das estacas, para que fosse possivel suportar as cargas aplicadas sobre os pilares, algumas estacas tiveram que ter seus diametros alterados, como é possivel constatar nas estacas dos pilares  P09, P22, P30, P35, P41, P44, P45 e P50. Tal mudança também se dá devido as características do solo de cada região e a capacidade de carga que cada solo aguenta a cada metro de profundidade.

Os blocos das estacas foram foram dimensionados de maneira que atendessem a ambas as cidades, tendo seu dimensionamento e armadura na imagem abaixo.

5. Conclusão

Ao analisar os laudos de sondagem, pode-se constatar que assim como esperado o solo da região de Loanda possui solo arenoso e com resistencia suficiente para se executar uma fundação a uma profundidade maior do que quando comparado ao solo de Maringá, que possui solo argiloso como consta no laudo de sondagem do solo, porém também apresentou uma grande resistencia a uma profundidade alta.

Para quesito de estudo foram escolhidos os mesmos tipos de fundação, e então dimensionados de maneira que as principais diferenças fossem visualizadas no sistema de fundações. Ao fazer isso, pode-se notar que a maior diferença entre as estacas projetadas para Loanda e Maringá se encontra na sua profundidade. Para a primeira cidade foram adotadas estacas de 8 metros de profundidade, devido a sua menor resistencia do solo enquanto na segunda, as estacas puderam dimensionadas com 5 metros de profundidade.

Outra diferença foi para alguns pilares especificos que para a cidade de Maringá foi possível adotar estacas de 15 cm de diametro enquanto para a cidade de Loanda tenha sido necessário utilizar estacas com 25 cm de diametro, algumas vezes ainda sendo necessário aumentar o numero de estacas por pilar. Isso também se deu a baixa resistencia do solo, fazendo com que, mesmo que ambas obras possuissem o mesmo dimensionamento de cargas, o solo da cidade de Loanda precisasse de mais estacas para que pudesse suportar corretamente a edificação.

Portanto, pode-se concluir que para ambas as cidades, mesmo que com diferentes tipos de solo, é possível adotar o mesmo tipo de fundação porém com dimensões um pouco diferentes. Vale ressaltar que, mesmo que neste estudo, os resultados para as fundações tenham sido semelhantes, pode existir outros pontos das cidades que tenham caracteristicas diferentes de solo, ressaltando então a importancia do reconhecimento do subsolo para cada obra que será iniciada.

Referências bibliográficas

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Agradecimentos

Agradeço primeiramente a meus pais. A minha mãe, Ednalva, que me deu apoio em momentos dificeis, que sempre esteve ao meu lado, me acompanhou por toda essa jornada e hoje me vê graduado. Agradeço a meu pai, Carlos, que sempre me deu suporte, me incentivou a completar essa graduação e fez de mim o que eu sou hoje. Obrigado a vocês, meus pais, por todo sacrificio que fizeram por mim durante toda minha vida. Sem vocês não sou nada!

Agradeço a meus irmãos, que nоs momentos dе minha ausência dedicados ао estudo superior, sеmprе fizeram entender quе о futuro é feito а partir dа constante dedicação nо presente. Obrigado pelos vários momentos em que, após meses longe de casa, me receberem com tanto carinho, e nesses momentos vivermos experiencias inesquecíveis.

Agradeço a todos os meus professores, que sempre fizeram o melhor para transmitir seus conecimentos. Agradeço aos professores que me auxiliaram a finalizar este artigo, em especial a Professora Thaise, que me acolheu como orientadora e me encaminhou para a

Agradeço a meus amigos, que assim como eu, passaram por essa jornada em busca do CREA. Sem suas companhias


Publicado por: Marcos Vinicius de Souza Sanches

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