Fundações

Na construção civil um item de extrema importância é a fundação, pois esta é a responsável por transmitir toda a carga do edifício ao solo.  Em outras palavras, a fundação é um elemento estrutural que consiste em suportar todo o peso da edificação e transferir todos os esforços da estrutura para as camadas mais resistentes do solo. Este elemento de suma importância faz parte do chamado sistema estrutural, que é também composto por lajes, vigas e pilares. A junção de todos esses quatro elementos estruturais faz destes os responsáveis pela sustentação do edifício, absorvendo toda a carga da estrutura, transmitindo os esforços de um para outro, e sendo assim essenciais para gerenciar a segurança e solidez de uma edificação.

Diferente das lajes, vigas e pilares, a fundação geralmente é uma obra enterrada que depende de vários parâmetros e avaliações a serem seguidos para a escolha correta de acordo com a obra a ser executada. Alguns desses critérios são a característica do solo, a profundidade em que é encontrado solo firme (resistência) e topografia do terreno.

Tendo em vista à expansão urbana em novas áreas, emerge o desafio de superar os obstáculos encontrados em solos de difícil trabalhabilidade e com essa expansão ocorrendo em diferentes regiões, é muito comum de se encontrar solos com baixa resistência, com presença de rochas, encharcados, solos compressíveis, terrenos inclinados e com a presença de entulho. Esses exemplos de solos e terrenos tornam todo o processo de avaliação e estudo bem trabalhoso e complexo para a escolha correta de um tipo de fundação que será viável fisicamente e financeiramente.

1. Critérios para a escolha de uma fundação

Como dito anteriormente, é importante que a fundação escolhida tenha resistência o suficiente para suportar as tensões causadas pelos esforços solicitantes. Deste modo, devemos conhecer um conjunto de fatores que se não forem averiguados corretamente podem comprometer a segurança e estabilidade da fundação escolhida e consequentemente trazer problemas estruturais para a edificação. Portanto ela não deve ser analisada isoladamente, e sim sempre levar em consideração o conjunto fundação-solo.

O primeiro passo a ser feito é conhecer a coordenação, a natureza e a dimensão da carga a ser suportada e os esforços atuantes. Em seguida é preciso saber a capacidade de suporte do solo, suas características e sua resistência, que só através de uma sondagem e testes de resistência serão conhecidos. Sem conhecer esses pontos importantes do solo em questão, a fundação escolhida pode não atender os requisitos necessários, tornando uma base instável e assim colocando em risco toda a estrutura. Portanto é fundamental o estudo geológico independentemente do tamanho do porte da obra, para que assim possa garantir a segurança, economia dos materiais e evitar correções futuras que podem apresentar um alto custo.

O subsolo apresenta camadas que possuem diferentes espessuras, dimensões além das diferentes resistências existentes em cada profundidade. A sondagem é uma investigação feita no solo com objetivo de saber a sua constituição geológica e definir a profundidade das camadas resistentes do solo onde será executada a obra de pequeno, médio ou grande porte. Além de mostrar as características e o tipo de solo apresentado, a sondagem também determina em qual profundidade está o lençol freático, matacões entre outras interferências. Portanto, a partir desse estudo, é ela quem determinará o tipo de fundação a ser executada de acordo com a resistência do solo e em qual profundidade se encontra a resistência adequada.

Figura 1 - Sondagem a percussão (SPT). 

No mercado são apresentados os seguintes tipos de sondagens: Sondagens à trado; Sondagem à Trado Manual; Sondagem à Trado mecânico; Sondagem à percussão SPT e Sondagem rotativa. A Sondagem à Percussão SPT ou Sondagem SPT (Standard Penetration Test), é normatizada pela NBR 6484 da ABNT e geralmente é o teste mais esclarecedor entre os outros e também o mais usado devido ao fato de ser o mais econômico. Este tipo de sondagem se aplica apenas a solos e seu objetivo é a determinação das camadas, do tipo de solo atravessado, da resistência que é medida pelo índice de resistência a penetração (N), além de mostrar a posição do nível de água. A profundidade de perfuração é limitada aos preceitos julgados impenetráveis pela norma, ou por especificação do cliente, Figura 1.

  

Além das características do solo, para a melhor escolha da fundação é necessário considerar várias variáveis além da avaliação de todos os fatores da obra tal como: Dados da estrutura, a carga a ser suportada pela fundação, a topografia do terreno, dados das construções e fundações vizinhas, os aspectos econômicos e as fundações disponíveis no mercado e suas restrições técnicas.

2. Tipos de fundações

Existem dois tipos de fundações: diretas e indiretas. As fundações diretas que também são chamadas de superficiais se caracterizam por transferir a carga da construção para as camadas do solo que são suficientes para suportá-las, sem ocorrer deformações demasiadamente. Esta transmissão é feita através da base do elemento estrutural da fundação, considerando apenas o apoio da peça sobre a camada do solo, sendo desprezada qualquer outra forma de transferência das cargas.

As fundações indiretas transferem as cargas por efeito de atrito lateral do elemento com o solo e por efeito de ponta, e nesse grupo todas as fundações são profundas em razão das dimensões das peças estruturais.

É chamado de fundação rasa aquelas que são assentadas nas camadas mais próximas a superfície, ou seja, é feita no máximo em até 3 metros de profundidade. Sapatas e radier são exemplos desse tipo de fundação.

Já as fundações profundas se diferenciam por serem realizadas nas camadas mais profundas do solo devido à resistência do solo ser alcançada só a 10 metros ou mais. Nesse grupo temos as estacas e tubulões.

Na Figura 2, é mostrado um fluxograma para melhor entendimento de todos os tipos de fundações existentes e suas divisões.

Figura 2 – Fundações

As Sapatas (isoladas ou corridas) são componentes de apoio de concreto armado, que resistem principalmente por flexão. É uma fundação direta, com a forma aproximada de uma placa sobre a qual se apoiam colunas e pilares. Como são fundações semiflexíveis, devem ser dimensionadas estruturalmente.

As sapatas não trabalham apenas à compressão simples, mas também à flexão, devendo assim serem executadas armaduras, ou seja, incluir material resistente à esforços de tração.

Ainda dentro do grupo de fundações rasas, os radiers são elementos contínuos que podem ser feitos em concreto armado, protendido ou em concreto reforçado com fibras de aço. Refere-se a uma laje que recebe cargas de todos os pilares da obra, devendo resistir aos esforços diferenciados de cada pilar, além de suportar eventuais pressões do lençol freático. 

As estacas como já mencionadas, fazem parte do grupo de fundações indiretas e são elementos estruturais, alongados e enterrados no solo. Apresentam várias formas podendo ser cilíndricas ou prismáticas, e podem ser colocadas no solo por processo de cravação, prensagem, vibração ou por escavação, ou de forma mista. Devem providenciar estabilidade e herdam esforços axiais de compressão que são sustentados pela reação exercida pelo terreno sobre sua ponta e pelo atrito entre as paredes laterais da estaca e o terreno. Seu propósito é transmitir as cargas verticais do edifício para as camadas mais profundas e resistentes do solo. Elas podem serem feitas de concreto armado, de madeira ou de aço conforme a sua utilização.

As estacas de concreto armado são segmentadas em dois grupos:  estacas pré-moldadas e as moldadas “in-loco”. As estacas pré-moldadas podem ser fabricadas no canteiro de obras ou em usinas e em relação às armaduras, podem ser em concreto armado ou em concreto protendido que possuem grandes comprimentos e são utilizadas para suportar cargas elevadas. Esse tipo de estaca possui as seguintes vantagens: elevada resistência na compressão, tração e flexão composta, maior capacidade de manipulação, transporte, levantamento e cravação e, pequena fissuração.

As estacas moldadas “in-loco” apresentam uma ampla vantagem em relação às pré-moldadas, devido à execução da estaca ser com o comprimento estritamente necessário, deste modo, evitando o desperdício de material.

As estacas metálicas podem ser cravadas em quase todos os tipos de terrenos, podendo atingir grande capacidade de carga e trabalham bem a flexão. Porém seu custo é maior em relação as estacas pré-moldadas de concreto. As estacas de madeiras embora tenham sido bem utilizadas na antiguidade, atualmente sua utilização é bem mais reduzida devido as dificuldades de se obter madeiras de boa qualidade. No Brasil, em obras definitivas tem-se usado a peroba, a aroeira, a maçaranduba e o ipê, que são denominadas “madeiras de lei” .

Os tubulões são elementos estruturais de fundações profundas e apresentam forma cilíndrica podendo ser a céu aberto ou de ar comprimido. O tubulão a céu aberto é uma fundação escavada manualmente, não podendo ser executado abaixo do nível d´água. Não há necessidade de escoramento em terreno coesivo, logo torna-se uma alternativa econômica para altas cargas solicitadas, superior a 250 tf. Já o tubulão de ar comprimido, é normalmente utilizado em terrenos que apresentam dificuldade de empregar escavação mecânica ou cravação de estacas, como em solos com presença de matacões, solos encharcados ou cotas insuficientes entre o terreno e o apoio da fundação.