As fundações diretas são também conhecidas como fundação superficial ou fundação rasas, são elementos de fundação em que a carga é transmitida ao terreno, predominantemente pelas pressões distribuídas sob a base da fundação. Nesse artigo veremos sobre os principais tipos de fundações diretas, Dimensionamento das fundações diretas e as disposições construtivas delas.
Olá, tudo bem? Meu nome é Rodolfo Marques (@eng.rodolfo.marques) sou Engenheiro Civil. Especialista em Estruturas e MBA em Gestão de Projetos. Então, vamos começar…
Fundação direta
São elementos de fundação em que a carga é transmitida ao terreno, predominantemente pelas pressões distribuídas sob a base da fundação, e em que a profundidade de assentamento em relação ao terreno adjacente é inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação. Incluem-se neste tipo de fundação as sapatas, os blocos, os radier, as sapatas associadas, as vigas de fundação e as sapatas corridas (NBR6122).
Principais tipos de fundações diretas
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Sapatas
Elemento de fundação superficial de concreto armado, dimensionado de modo que as tensões de tração nele produzidas não sejam resistidas pelo concreto, mas sim pelo emprego da armadura. Pode possuir espessura constante ou variável, sendo sua base em planta normalmente quadrada, retangular ou trapezoidal (NBR6122).
Sapata isolada
Esse tipo de sapata é a mais comum nas edificações, ela transmite ao solo as ações de um único pilar
Sapata associada (ou radier parcial)
Sapata comum a vários pilares, cujos centros, em planta, não estejam situados em um mesmo alinhamento (NBR6122).
Sapata corrida
Sapata sujeita à ação de uma carga distribuída linearmente (NBR6122).
Viga de fundação
Elemento de fundação superficial comum a vários pilares, cujos centros, em planta, estejam situados no mesmo alinhamento (NBR6122).
Bloco
Elemento de fundação superficial de concreto, dimensionado de modo que as tensões de tração nele produzidas possam ser resistidas pelo concreto, sem necessidade de armadura. Pode ter suas faces verticais, inclinadas ou escalonadas e apresentar normalmente em planta seção quadrada ou retangular (NBR6122).
Radier
Elemento de fundação superficial que abrange todos os pilares da obra ou carregamentos distribuídos (por exemplo: tanques, depósitos, silos, etc.) (NBR6122).
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Dimensionamento das fundações diretas
Temos duas formas de fazer o dimensionamento das fundações superficiais, o primeiro é utilizando o conceito de pressão admissível e o segundo é com o conceito de coeficientes de segurança parciais.
Vamos começar falando sobre o último que é o cálculo empregando-se fatores de segurança parciais.
Coeficientes de segurança parciais
A segurança nas fundações deve ser estudada por meio de duas análises correspondentes aos estados-limites últimos e aos estados-limites de utilização. Os estados-limites últimos podem ser vários (por exemplo: perda de capacidade de carga e instabilidade elástica ou flambagem), assim como os estados-limites de utilização definidos na NBR 8681. Entretanto, em obras correntes de fundação, estas análises em geral se reduzem à verificação do estado-limite último de ruptura ou deformação plástica excessiva (análise de ruptura) e à verificação do estado-limite de utilização caracterizado por deformações excessivas (análise de deformações).
De acordo com a Tabela 1 da norma – Fatores de segurança globais mínimos
Condição/Fator de segurança
Capacidade de carga de fundações superficiais = 3,0
Estados-limites últimos – Análise de ruptura
Nesta análise, os valores de cálculo das ações na estrutura no estado-limite último são comparados aos valores de cálculo da resistência do solo ou do elemento de fundação. Os esforços na estrutura devem ser calculados de acordo com a NBR 8681.
Deve-se utilizar os valores das prescrições dos materiais constituintes como (concreto, aço e madeira) para um correto cálculo da resistência do elemento estrutural.
Para os valores de cálculo da resistência do solo serão determinados dividindo-se os valores característicos dos parâmetros de resistência da coesão e do ângulo de atrito pelos coeficientes de ponderação.
O valor de cálculo da resistência (ou capacidade de carga) de um elemento de fundação pode ser determinado de três formas:
A primeira é a partir de provas de carga.
Na segunda forma é a partir de método semi-empírico ou empírico.
E a última é quando se empregam métodos teóricos.
Estados-limites de utilização – Análise de deformação
Essa análise de deformações é feita calculando-se os deslocamentos da fundação submetida aos valores dos esforços na estrutura no estado-limite de utilização. Os deslocamentos devem ser suportados pela estrutura sem danos que prejudiquem sua utilização.
Sobre os deslocamentos, tanto em termos absolutos (por exemplo: recalques totais) quanto relativos (por exemplo: recalques diferenciais), devem ser definidos pelos projetistas envolvidos.
Agora vamos entender a segunda forma de fazer o dimensionamento das fundações superficiais:
Pressão admissível
São fatores fundamentais na determinação da pressão admissível:
a) profundidade da fundação;
b) dimensões e forma dos elementos de fundação;
c) características das camadas de terreno abaixo do nível da fundação;
d) lençol d’água;
e) modificação das características do terreno por efeito de alívio de pressões, alteração do teor de umidade ou ambos;
f) características da obra, em especial a rigidez da estrutura;
g) recalques admissíveis, definidos pelo projetista da estrutura.
Além disso há outros conceitos importantes, como: Metodologia para a determinação da pressão admissível, que pode ser determinada por um dos seguintes critérios:
a) por métodos teóricos;
b) por meio de prova de carga sobre placa;
c) por métodos semi-empíricos;
d) por métodos empíricos.
Vou comentar rapidamente sobre cada um deles:
Métodos teóricos
É necessário ter alguns conhecimentos prévios como as características de compressibilidade e resistência ao cisalhamento do solo. Com isso, a pressão admissível pode ser determinada por meio de teoria desenvolvida na Mecânica dos Solos. Outro detalhe importante é que se deve considerar eventuais inclinações da carga do terreno e excentricidades.
Métodos semi-empíricos
São considerados métodos semi-empíricos aqueles em que as propriedades dos materiais são estimadas com base em correlações e são usadas em teorias de Mecânica dos Solos, adaptadas para incluir a natureza semiempírica do método.
Métodos empíricos
São considerados métodos empíricos aqueles pelos quais se chega a uma pressão admissível com base na descrição do terreno (classificação e determinação da compacidade ou consistência através de investigações de campo e/ou laboratoriais).
Pressão admissível em solos compressíveis
A utilização de fundações em solos constituídos por areias fofas, argilas moles, siltes fofos ou moles, aterros e outros materiais só pode ser feita sondagem do solo, compreendendo o cálculo de capacidade de carga (ruptura), e a análise da repercussão dos recalques sobre o comportamento da estrutura.
Solos expansivos
Solos expansivos são aqueles que, por sua composição mineralógica, aumentam de volume quando há um aumento do teor de umidade.
Solos colapsíveis
Para o caso de fundações apoiadas em solos de elevada porosidade, não saturados, deve ser analisada a possibilidade de colapso por encharcamento, pois estes solos são potencialmente colapsíveis. Em princípio devem ser evitadas fundações superficiais apoiadas neste tipo de solo, a não ser que sejam feitos estudos considerando-se as tensões a serem aplicadas pelas fundações e a possibilidade de encharcamento do solo.
Dimensionamento das fundações superficiais
Para esse tipo de fundação teremos o dimensionamento geométrico e de cálculo estrutural.
Dimensionamento geométrico
Neste dimensionamento devem-se considerar 3 solicitações: as cargas centradas, excêntricas e horizontais.
Cargas centradas
A área de fundação solicitada por cargas centradas deve ser tal que a pressão transmitida ao terreno, admitida uniformemente distribuída, seja menor ou igual à pressão admissível.
Cargas excêntricas
Para uma fundação ser solicitada às cargas excêntricas, ela deve estar submetida uma força vertical cujo eixo não passa pelo centro de gravidade da superfície de contato da fundação com o solo. Outra forma é através de forças horizontais situadas fora do plano da base da fundação ou qualquer outra composição de forças que gerem momentos na fundação.
Cargas horizontais.
São cargas que atuam na fundação horizontalmente. Para equilibrar a força horizontal que atua sobre uma fundação em sapata ou bloco, pode-se contar com o empuxo passivo.
Dimensionamento estrutural
Deve ser feito de maneira a atender às NBR 6118, NBR 7190 e NBR 8800
Disposições construtivas das fundações
Para as fundações superficiais temos algumas disposições construtivas, que são:
Dimensão mínima
Em planta, tanto as sapatas quanto os blocos não devem ter dimensão inferior a 60 cm.
Profundidade mínima
A base de uma fundação deve ser assente a uma profundidade tal que garanta que o solo de apoio não seja influenciado pelos agentes atmosféricos e fluxos d’água. Nas divisas com terrenos vizinhos, salvo quando a fundação for assente sobre rocha, tal profundidade não deve ser inferior a 1,5 m.
Fundações sobre rocha
Para a fixação da pressão admissível de qualquer fundação sobre rocha, deve-se levar em conta a continuidade desta, sua inclinação e a influência da atitude da rocha sobre a estabilidade. Pode-se assentar fundação sobre rocha de superfície inclinada desde que se prepare, se necessário, esta superfície (por exemplo: chumbamentos, escalonamento em superfícies horizontais), de modo a evitar deslizamento da fundação.
Lastro
Em fundações que não se apoiam sobre rocha, deve-se executar anteriormente à sua execução uma camada de concreto simples de regularização de no mínimo 5 cm de espessura, ocupando toda a área da cava da fundação.
Já quando as fundações serão apoiadas em rocha, após a preparação já mostrada anteriormente em “Fundação sobre rocha”, deve-se executar um enchimento de concreto de modo a se obter uma superfície plana e horizontal. O concreto a ser utilizado deve ter resistência compatível com a pressão de trabalho da sapata.
Outros fatores que são importantes ressaltar é que cada terreno terá suas características, alguns terão aclive e outros declive, podem ter planos ou irregulares. Então tudo isso influencia nas fundações.
Para fundações em terrenos acidentados
Nos terrenos com topografia acidentada, a implantação de qualquer obra e de suas fundações deve ser feita de maneira a não impedir a utilização satisfatória dos terrenos vizinhos.
Nas fundações em cotas diferentes
Quando as fundações são próximas, porém situadas em cotas diferentes, a reta de maior declive que passa pelos seus bordos deve fazer, com a vertical, um ângulo α com os seguintes valores:
Para solos pouco resistentes: α ≥ 60°;
Já nos solos resistentes: α = 45°;
E em rochas: α = 30°.
Detalhe construtivo importante, deve ser executada primeiro a fundação situada em conta mais baixa, a não ser que se tomem cuidados especiais.
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Referência:
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto e execução de fundações. NBR 6122, ABNT, 2010.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de concreto – Procedimento. NBR 6118, ABNT, 2014.