Projeto de Fundação: 8 passos para o design de fundações

O projeto de fundação desempenha um papel crucial na engenharia estrutural, pois essas estruturas são responsáveis por sustentar todo o edifício e transferir as cargas para o solo. Nos parágrafos a seguir, compartilharemos alguns passos para realizar esse processo de forma eficaz.

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O que são fundações?

As fundações são as estruturas construídas abaixo do nível do solo para suportar e distribuir a carga de um edifício ou estrutura. São projetadas para transferir de forma segura as solicitações verticais e horizontais do edifício para o solo subjacente, garantindo a estabilidade e durabilidade de toda a estrutura.

As fundações são necessárias porque o solo superficial não é capaz de suportar diretamente a carga do edifício sem sofrer deformações e instabilidades. As fundações distribuem o peso do edifício sobre uma área maior e transferem as cargas para as camadas de solo mais adequadas para suportá-las.

Tipos de fundações

Existem diferentes tipos de fundações, que são escolhidos com base nas características do solo, no tipo de estrutura e nas solicitações a serem suportadas. Geralmente, as fundações podem ser divididas em duas macro categorias:

• fundações superficiais: são usadas quando o solo na parte superficial é resistente o suficiente para suportar a carga do edifício sem a necessidade de alcançar camadas mais profundas. Estão incluídas nesta categoria:
  • as fundações em radier, constituídas por uma grande laje de concreto armado que cobre toda a área de apoio do edifício e tem o objetivo de distribuir uniformemente a carga da superestrutura no solo subjacente;
  • as fundações em vigas invertidas, caracterizadas por vigas, geralmente em T invertido, cujo comportamento estático é oposto ao das vigas em elevação e cuja função é transmitir ao solo as ações provenientes do esqueleto portante do edifício;
  • as fundações em estacas, constituídas por elementos isolados ou adequadamente conectados, posicionados abaixo dos pilares para aumentar a base de apoio e permitir uma distribuição mais uniforme das cargas estruturais.
• fundações profundas: são usadas quando o solo superficial não é suficientemente resistente e é necessário alcançar camadas mais estáveis em profundidades maiores. Fazem parte dessa tipologia:
  • as fundações em estacas, constituídas por elementos verticais, comumente em aço ou concreto, que são “cravados” no solo até alcançar camadas mais resistentes;
  • os micro pilotes, semelhantes às estacas, mas com diâmetro reduzido, são frequentemente usados em situações em que é difícil alcançar grandes profundidades com equipamentos tradicionais de perfuração.

Tipos de fundações

Requisitos para o projeto de fundação

Ao projetar as fundações, é fundamental garantir a funcionalidade e a segurança da estrutura em elevação. Isso implica a análise dos estados limites últimos (SLU) e de serviço (SLE) que podem ocorrer durante a vida nominal da obra, ou seja, das condições além das quais o sistema de fundação não pode mais garantir o desempenho desejado.

Os estados limites últimos podem estar relacionados ao colapso do solo e à resistência estrutural da própria fundação. Isso significa que o solo de fundação deve ser capaz de suportar as cargas previstas sem exceder sua carga limite e os elementos estruturais da fundação devem ser projetados para resistir a essas cargas. Portanto, é necessário realizar verificações de capacidade de carga do solo e projetar as armaduras de forma apropriada.

Além dos estados limites últimos, é importante considerar a segurança em relação aos estados limites de serviço. Os estados limites de serviço referem-se aos movimentos e deformações do solo que podem afetar a estabilidade e a funcionalidade da superestrutura. Nesta fase, são avaliados os assentamentos previstos no solo de fundação e é verificada sua compatibilidade com o edifício acima. As verificações nos estados limites de serviço podem ser mais restritivas do que nos estados limites últimos, pois se concentram na estabilidade a longo prazo da obra de fundação. Portanto, podem influenciar as dimensões e o próprio projeto da fundação.

É fundamental ressaltar que o processo de projeto de fundações requer uma avaliação aprofundada das condições geotécnicas do local, das propriedades do solo de fundação e das necessidades funcionais do edifício. Os engenheiros estruturais devem considerar diversos fatores, como a distribuição das cargas, a capacidade de carga do solo, os assentamentos previstos e as solicitações sísmicas, a fim de garantir a segurança e a estabilidade a longo prazo das fundações.

Como realizar o projeto de fundação?

O processo de projeto de fundações é dividido em várias fases, que podem exigir iterações e adaptações. Durante cada fase, são utilizadas várias abordagens e modelagens para analisar a estrutura em elevação, a própria fundação e o solo subjacente. Este processo é iterativo, o que significa que as fases podem ser repetidas ou modificadas com base em novas informações ou necessidades emergentes durante o processo de projeto.

Os passos a serem seguidos ao projetar uma estrutura de fundação podem ser esquematizados da seguinte forma:

1. investigações preliminares: a fase inicial envolve a realização de investigações tanto em campo quanto em laboratório para coletar informações detalhadas sobre a caracterização mecânica do solo de fundação. O objetivo é compreender como o solo reagirá sob o peso e o estresse da futura estrutura de construção e definir uma estratigrafia de projeto.
2. Definição das cargas: é a fase em que se determina a distribuição e a magnitude das cargas que são transmitidas da superestrutura para a estrutura de fundação. Devem ser consideradas tanto as cargas permanentes quanto aquelas devido a sobrecargas e forças sísmicas. Esta fase é fundamental para garantir que a fundação seja projetada e dimensionada corretamente para sustentar a superestrutura de forma segura e estável, mesmo em situações de carga extrema, como aquelas devidas a terremotos.
3. Escolha do tipo de fundação: com base nas informações coletadas nas fases anteriores, escolhe-se o tipo de fundação que melhor se adequa às características do solo e às necessidades estruturais e é feita uma pré-dimensionamento. Além disso, define-se a profundidade do plano de assentamento da estrutura de fundação. Essa profundidade depende não apenas das características específicas do solo, mas também das dimensões do edifício e da presença de eventuais estruturas subterrâneas, como porões ou estacionamentos.
4. Cálculo da carga limite: é uma fase fundamental no projeto de fundações, pois fornece uma estimativa da carga máxima que o sistema composto por solo-obra de fundação pode suportar antes de ceder. Dividindo a carga limite por um coeficiente de segurança que leva em consideração vários fatores de incerteza no processo de projeto (como a variabilidade das propriedades do solo, a precisão dos cálculos e a presença de cargas temporárias ou excepcionais), obtém-se uma estimativa preliminar da carga de serviço que a fundação pode suportar em condições normais de uso. Esse valor constitui a base para o dimensionamento efetivo da estrutura e garante que a fundação seja suficientemente robusta para suportar todas as cargas previstas sem riscos de assentamento ou colapso.
5. Avaliação dos assentamentos: é a fase em que são avaliados os assentamentos totais e diferenciais do solo de fundação para determinar quanto ele se comprimirá sob o peso da estrutura e quaisquer cargas aplicadas. Assentamentos excessivos podem causar danos tanto aos elementos estruturais quanto aos não estruturais e comprometer a estabilidade e funcionalidade geral do edifício. Os resultados do cálculo são então comparados com os assentamentos limite que a estrutura pode tolerar, levando em consideração as necessidades específicas do projeto e as normas de segurança.
6. Análise estrutural: nesta fase, estuda-se a interação entre o solo e a estrutura de fundação, considerando a real rigidez da estrutura e o comportamento do solo. O principal objetivo é avaliar com precisão como a estrutura de fundação responderá às solicitações aplicadas, considerando sua capacidade de distribuir e suportar as cargas de forma uniforme no solo subjacente. Durante o cálculo estrutural, são considerados vários fatores, incluindo a geometria e as características da fundação, os materiais utilizados em sua construção, as cargas aplicadas e as condições do solo. Através de modelos matemáticos e análises estruturais avançadas, avalia-se o comportamento da fundação sob a ação das cargas e identificam-se eventuais pontos críticos que requerem atenção ou correções no projeto.
7. Planejamento operacional: é a fase em que se concentra nas procedimentos práticos previstos para realizar a fundação, avaliando vários aspectos, incluindo o projeto das escavações, a gestão dos níveis de lençol freático para garantir condições de trabalho ideais, a instalação de reforços estruturais necessários para proteger as estruturas circundantes de danos potenciais, e assim por diante. São então definidas de forma detalhada as instruções, diretrizes e especificações técnicas necessárias para garantir a correta execução das obras de fundação.
8. Programação dos controles: nesta fase, desenvolve-se um plano de controles, que prevê a realização de verificações e inspeções tanto durante a construção da obra quanto durante sua vida operacional. Este plano inclui uma série de controles em andamento, que visam garantir que os trabalhos sejam executados conforme o projeto aprovado e as normas vigentes. Além disso, são previstos controles periódicos durante a fase de operação da obra, com o objetivo de monitorar a estabilidade e a segurança das fundações ao longo do tempo. Essas atividades de controle são cruciais para garantir que a obra seja construída corretamente e mantenha seu desempenho ao longo do tempo, garantindo a segurança e a durabilidade da estrutura.

Projeto de fundação com EdiLus

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