Prova comentada: fundações

Jocélio Cabral de Mendonça
joceliocabralmendonca@gmail.com

Jocélio Cabral de Mendonça graduou-se em engenharia civil pela Escola de Engenharia da Universidade Federal de Goiás, em 1996. Mestre em Geotecnia pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (2000), é professor de Fundações, Barragens e Obras de Terra, Aplicação de Geossintéticos e Geotecnia Ambiental na Católica do Tocantins desde 2014, nos cursos de Engenharia Civil e Engenharia Ambiental. Atualmente, trabalha como diretor de engenharia na SIGplus Soluções Geotécnicas e na SIGCON Indústria e Montagens.


A disciplina de Fundações é ensinada aos alunos no 9o semestre do curso de engenharia civil da Católica do Tocantins, juntamente com Barragens e Obras de Terra. Aplicada ao projeto e execução de obras de pequena e grande escala, como pontes e arranha-céus, a matéria tem como base a modelagem da estrutura de fundação, que depende da magnitude e da complexidade do carregamento, sendo influenciada pelas características geotécnicas do maciço de solos utilizado como apoio da estrutura de concreto, aço ou até mesmo de aterros.

O escopo da disciplina abrange o reconhecimento das tecnologias de fundação disponíveis e aplicáveis regionalmente, além das prescrições da NBR 6122/2010 – Projeto e Execução de Fundações. Professor da disciplina na Faculdade Católica do Tocantins, o engenheiro civil Jocélio Cabral de Mendonça explica que os principais conceitos ensinados em Fundações são os modelos de transferência de carga por placas horizontais (tensões normais) e por superfícies verticais (tensões tangenciais); a definição de capacidade de carga na ruptura e projeto para fundações diretas e profundas; o dimensionamento geométrico dos elementos estruturais e o dimensionamento estrutural dos elementos de fundação e dos sistemas de ligação entre conjunto de elementos e a superestrutura (pilares). Outros conceitos ministrados no curso são a verificação de recalques imediatos em fundações diretas, a discussão de métodos de estimativa de recalques de longo prazo em fundações diretas e profundas e a escolha do tipo de modelagem de fundações (tecnologias disponíveis e aplicáveis).

Segundo Mendonça, para assimilar bem a disciplina, os estudantes precisam ter a noção de desenho técnico, geologia de engenharia, mecânica dos solos, mecânica das estruturas e concreto armado. “O aluno deve dominar a interpretação de ensaios de campo (SPT/CPT*) e saber reconhecer o comportamento induzido por esforços normais, transversais, momentos fletores e torsores em relação aos três eixos principais, quando aplicados à fundação”, explica o professor.

Por ser uma disciplina de formação final, Fundações suporta o desenvolvimento dos conhecimentos de outras matérias de fim de curso que contenham temas de análise estrutural, em edifícios, contenções e arrimos, barragens e pontes. “Todas as obras civis, invariavelmente, têm que ser apoiadas nos substratos de solos ou mesmo em rochas, e precisam de uma estrutura de fundação que garanta a sua estabilidade, com o comportamento adequado”, diz Mendonça.

Para o professor, a disciplina de Fundações é de suma importância, pois permite ao aluno do último ano conectar os conceitos das várias disciplinas formadoras. “No desenvolvimento do curso, costumamos apresentar um problema estrutural de edificações (esforços verticais predominantes) e outro de contenções/arrimo (empuxos), para que o aluno possa desenvolver a obtenção dos esforços na fundação e entender o conjunto estrutural (estrutura de fundação e superestrutura) – maciço de solos. Isso é representado quando se desenvolve, por exemplo, uma estrutura de fundação que sustenta um edifício ou uma contenção de um maciço de encabeçamento de obra de arte (rodoferroviária)”, explica Mendonça.

BIBLIOGRAFIA

ABEF. Manual de Execução de Fundações e Geotecnia – Práticas Recomendadas. São Paulo: PINI, 2012.
ABGE. Manual de Sondagens. Boletim no 3, 5a edição, São Paulo, 2013.
ABNT. NBR 6122 – Projeto e Execução de Fundações. Rio de Janeiro, 2010.
ALONSO, U. R. Exercícios de Fundações. São Paulo: Edgard Blucher, 1983.
CINTRA, J. C. A.; AOKI, N. & ALBIERO, J. H. Fundações Diretas – Projeto Geométrico. São Paulo: Oficina de Textos, 2011.
CINTRA, J. C. A. & AOKI, N. Fundações por Estacas – Projeto Geotécnico. São Paulo: Oficina de Textos, 2010.

 QUESTÃO 1

Calcule a tensão de projeto para sapatas apoiadas na cota 98,5 m de terreno localizado às margens do Lago de Lajeado, distrito de Luzimangues, município de Porto Nacional (TO), cujo conjunto de sondagens está apresentado na figura abaixo. O terreno será regularizado na cota 100,0 m.

Comentário

O aluno deverá fazer a leitura adequada dos perfis de sondagem e suas cotas de topo, de forma a adotar uma cota de apoio para as sapatas. No conjunto de sondagem essa cota deve propiciar um embutimento mínimo em solo natural e não atingir a superfície saturada, pois demandaria o rebaixamento do lençol. A profundidade de apoio indicada é de 1,5 m (98,5 m). A tensão de projeto utilizada deve ser a corrigida ( σp ), devendo ser adotada como múltiplo de 50 kPa (0,20 MPa, 0,25 MPa, 0,30 MPa etc.). Para corrigi-la, o aluno deverá multiplicar por um fator de correção fc (0,7 ≤ fc ≤ 1,1), que representa a confiabilidade da tensão resultante obtida ( σp ), e deverá justificar o valor adotado para fc. A solução clássica de Terzaghi deve ser empregada para carregamentos especiais (excêntricos e horizontais) e superfícies de terrenos não planos, mas a formulação apresentada serve para a estimativa de área de contato inicial e geometria para idealizar o modelo básico.

QUESTÃO 2

Estime a geometria de sapatas isoladas para três faixas de cargas em edificação a ser construída sobre o terreno indicado na Questão 1, utilizando a tensão de projeto obtida como resultado da mesma questão. Use pilares com cargas nominais até 100 tf (seção 20 cm x 40 cm), até 200 tf (20 cm x 60 cm) e até 300 tf (20 cm x 80 cm). Estime a altura da sapata pela equação:

Comentário

Esse problema resume o cálculo geométrico da base de sapatas em faixas de carregamento para verificar se a profundidade adotada atende aos critérios construtivos. A carga nominal deve ser majorada por:

e os lados da sapata podem ser obtidos por equações de 1o grau:

L e B arredondados em 10 cm

QUESTÃO 3

Estime os recalques imediatos e de projeto para as sapatas dimensionadas para atender às três faixas de carga indicadas na Questão 2. Adote a formulação abaixo:

Comentário

Neste exercício verifica-se o comportamento frente às deformações verticais (recalques) totais e o aluno poderá inferir sobre os recalques diferenciais, tendo-se como variável a escala geométrica do elemento de fundação direta. Os parâmetros sugeridos são:

QUESTÃO 4

Estime o comprimento de uma estaca hélice contínua monitorada (HCM) de diâmetro 350 mm de forma a atingir 6 MPa de tensão de projeto nas condições de serviço. Defina o topo dos blocos na cota 100,00 m e altura dos mesmos de 100 cm. Utilize os dados dos perfis geotécnicos da Questão 1. Adote o método Aoki & Velloso (1975) de acordo com Cintra & Aoki (2010), como referência de cálculo. Discuta a aplicabilidade da solução sabendo que a formação geológica é de rocha branda siltítica micácea, submersa por lago artificial a menos de 20 anos. Adote a seguinte formulação e parâmetros:

Finalize a questão indicando a quantidade de estacas para os níveis de carregamento utilizados na Questão 3. Adote fd = 1,05.

Comentário

Para resolver essa questão, o aluno precisa aplicar o método de estimativa da capacidade de carga de forma a obter o comprimento mínimo de perfuração. Para resolver satisfatoriamente, é necessário montar manualmente uma planilha e preenchê-la conforme o método de cálculo indicado. Observação: FP = F1 ; FL = F2, do método Aoki & Velloso (1975).

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