UNIEVANGÉLICA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
ARIANA GENON COSTA
NATALIA ROSA MAIA
A INFLUÊNCIA DA CARGA DE COMPRESSÃO DO PILAR
NO CUSTO DO BLOCO E DA SAPATA ISOLADA
ANÁPOLIS / GO
2021
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A INFLUÊNCIA DA CARGA DE COMPRESSÃO DO PILAR NO CUSTO DO BLOCO E DA SAPATA ISOLADA, Teses (TCC) de Engenharia Civil
Uma fundação é um elemento estrutural geralmente construído abaixo do nível do terreno, em vista que o solo tem resistência muito inferior ao concreto do pilar, é necessário projetar algum outro tipo de elemento estrutural, com a função de transmitir as ações da superestrutura ao solo. O presente trabalho fomenta um estudo acerca do tema “A influência da carga de compressão do pilar no custo do bloco e da sapata isolada”. Objetiva-se verificar a melhor viabilidade técnica e econômica em relação à sapata isolada e ao bloco, comparando o desempenho e o custo benefício de tais fundações rasas. Foi realizada inicialmente uma revisão da literatura relacionada a fundações, com ênfase nas fundações superficiais: bloco e sapata isolada. Posteriormente foi fundamentado um estudo teórico das técnicas de investigações do solo e tensões admissíveis a fim de dimensionar exemplos de sapata isolada e bloco para ascargas de 250 kN, 500 kN e 750 kN. O estudo atinge o objetivo principal com o orçamento
Tipologia: Teses (TCC)
2021
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UNIEVANGÉLICA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
ARIANA GENON COSTA
NATALIA ROSA MAIA
A INFLUÊNCIA DA CARGA DE COMPRESSÃO DO PILAR
NO CUSTO DO BLOCO E DA SAPATA ISOLADA
ANÁPOLIS / GO
ARIANA GENON COSTA
NATALIA ROSA MAIA
A INFLUÊNCIA DA CARGA DE COMPRESSÃO DO PILAR
NO CUSTO DO BLOCO E DA SAPATA ISOLADA
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO SUBMETIDO AO
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DA UNIEVANGÉLICA
ORIENTADORA: VANESSA HONORATO DOMINGOS
ANÁPOLIS / GO: 20 21
ARIANA GENON COSTA
NATALIA ROSA MAIA
A INFLUÊNCIA DA CARGA DE COMPRESSÃO DO PILAR
NO CUSTO DO BLOCO E DA SAPATA ISOLADA
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO SUBMETIDO AO CURSO DE
ENGENHARIA CIVIL DA UNIEVANGÉLICA COMO PARTE DOS REQUISITOS
NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE BACHAREL
APROVADO POR:
VANESSA HONORATO DOMINGOS Mestra (UniEVANGÉLICA) (ORIENTADORA) ANA LÚCIA CARRIJO ADORNO, Doutora (UniEVANGÉLICA) (EXAMINADOR INTERNO) ROGÉRIO SANTOS CARDOSO, Mestre (UniEVANGÉLICA) (EXAMINADOR INTERNO) DATA: ANÁPOLIS/GO, 01 de DEZEMBRO de 20 21.
AGRADECIMENTOS
Dizem que Deus não te dá uma cruz que você não possa suportar, então agradeço primeiramente a Ele por ter me feito passar por tudo de bom e ruim nesta faculdade, principalmente aos acontecimentos desta pandemia. Agradeço também aos meus pais, pelo suporte e apoio e aos meus avós, por terem incentivado e me apoiado. Agradeço também a nossa orientadora por toda a sua dedicação e empenho, a fim de ajudar a fazer um trabalho melhor e também a todos os professores que auxiliaram ao longo dessa formação. Em especial agradeço a minha colega Natalia, por esses 4 anos de amizade e companheirismo e pela escolha de fazer o TCC comigo. E aos meus amigos, que mesmo distantes me apoiaram ao longo desse caminho. E por fim agradeço a Empresa GeoBrasil Engenharia, por ter disponibilizado os laudos de sondagem, foi de suma importância para a continuação desse trabalho. Ariana Genon Costa
RESUMO
Uma fundação é um elemento estrutural geralmente construído abaixo do nível do terreno, em vista que o solo tem resistência muito inferior ao concreto do pilar, é necessário projetar algum outro tipo de elemento estrutural, com a função de transmitir as ações da superestrutura ao solo. O presente trabalho fomenta um estudo acerca do tema “A influência da carga de compressão do pilar no custo do bloco e da sapata isolada”. Objetiva-se verificar a melhor viabilidade técnica e econômica em relação à sapata isolada e ao bloco, comparando o desempenho e o custo benefício de tais fundações rasas. Foi realizada inicialmente uma revisão da literatura relacionada a fundações, com ênfase nas fundações superficiais: bloco e sapata isolada. Posteriormente foi fundamentado um estudo teórico das técnicas de investigações do solo e tensões admissíveis a fim de dimensionar exemplos de sapata isolada e bloco para as cargas de 250 kN, 500 kN e 750 kN. O estudo atinge o objetivo principal com o orçamento através de dois bancos de dados nacionais e compara a relação da carga de compressão do pilar com o custo da fundação rasa, constatando e exemplificando as melhores condições de economia. É constatado a importância do estudo de cada caso específico na execução de uma obra, onde o emprego de blocos mostra-se economicamente viável em cargas menores, representando também um custo superior ao da sapata se empregado em esforços solicitantes maiores. PALAVRAS-CHAVE: Sapata Isolada; Blocos; Sondagem; Tipos de fundação.
ABSTRACT
A foundation is a structural element generally built below ground level, since the ground has much lower resistance than the concrete column, it is necessary to design some other type of structural element with the function of transmitting the actions of the superstructure to the ground. The present work promotes a study on the theme "The influence of the column compression load on the cost of the block and the insulated base". The objective is to verify the best technical and economic feasibility in relation to the insulated foundation and the block, comparing the performance and cost-effectiveness of such shallow foundations. Initially, a review of the literature related to foundations was carried out, with emphasis on superficial block foundations and insulated footing. Subsequently, a theoretical study of soil investigation techniques and allowable stresses was based in order to design examples of insulated shoe and block for loads of 250 KN, 500 KN and 750 KN. The study achieves the main objective with the budget through two national databases and compares the relation of the compression load of the column with the cost of the shallow foundation, verifying and exemplifying the best economic conditions. It is noted the importance of studying each specific case in the execution of a work, where the use of blocks proves to be economically viable in smaller loads, also representing a higher cost than the shoe if used in larger solicitation efforts. KEYWORDS : Insulated Shoe; Blocks; Drilling; Foundation Types.
Figura 29 - Comparativo de custos entre sapata e bloco utilizando a tabela de orçamento TCPO – 2021 ............................................................................................................................ 64
LISTA DE TABELAS
SUMÁRIO
- Figura 1 - Sapata Isolada
- Figura 2 - Fundação Superficial
- Figura 3 - Armadura da sapata
- Figura 4 - Esquema de uma sapata esperando a concretagem
- Figura 5 - Sapatas individuais conectadas por uma vigas.
- Figura 6 - Sapatas individuais aguardando concretagem do pilar da sapata.
- Figura 7 - Fundação rasa: Bloco
- Figura 8 - (a) Bloco Tronco – Cônico (b) Bloco Escalonado
- Figura 9 - Esboço de um bloco de fundação
- Figura 10 - Locação das formas
- Figura 11 - Esquema de bloco de fundação
- Figura 12 - Bloco de fundação pronto
- Figura 13 - Abaco
- Figura 14 - Ensaio de Sondagem
- Figura 15 - Tipos de Trado
- Figura 17 - Profundidade, Locação e Número de Sondagens
- Figura 18 - Amostrador de Solo com Pedal e Balança
- Figura 19 - Sapata de concreto Armado embutido no solo
- Figura 20 - Ruptura sob uma sapata corrida
- Figura 22 - Localização dos Furos no Terreno
- Figura 23 - Execução do Ensaio de Sondagem
- Figura 24 - Exemplos das amostras realizadas SP-
- Figura 25 - Exemplos das amostras realizadas SP-
- Figura 26 - Laudo de sondagem SP-
- Figura 27 - Laudo de sondagem SP-
- SIMAP – Figura 28 - Comparativo de custos entre sapata e bloco utilizando a tabela de orçamento
- Tabela 1 - Comprimento de Ancoragem
- Tabela 2 - Número de barras
- Tabela 3 - Coeficiente de segurança de Caputo (1978)
- Tabela 5 - Valores do Coeficiente k de Milton Vargas (1960)
- Tabela 6 - Resultados dos métodos Semiempíricos
- Tabela 7 - Resultados do Dimensionamento geométrico das Sapatas isoladas
- Tabela 8 - Dimensionamento da armadura
- Tabela 9 - Detalhamento da armadura
- Tabela 10 - Detalhamento sapatas isoladas
- Tabela 11 - Resultados do Dimensionamento dos Blocos.
- Tabela 12 - Detalhamento dos Blocos
- Tabela 13 - Análise de Preços das Sapatas Isoladas
- Tabela 14 - Análise de Preços dos Blocos
- Tabela 15 - Orçamento das sapatas, S – 01 utilizando a tabela SIMAP
- Tabela 16 - Orçamento das sapatas, S – 02 utilizando a tabela SIMAP
- Tabela 17 - Orçamento das sapatas, S – 03 utilizando a tabela SIMAP
- Tabela 18 - Orçamento das sapatas, S – 01 utilizando a tabela TCPO
- Tabela 18 - Orçamento das sapatas, S – 01 utilizando a tabela TCPO
- Tabela 19 - Orçamento das sapatas, S – 02 utilizando a tabela TCPO
- Tabela 20 - Orçamento das sapatas, S – 03 utilizando a tabela TCPO
- Tabela 20 - Orçamento das sapatas, S – 03 utilizando a tabela TCPO
- Tabela 21 - Orçamento dos blocos, B – 01 utilizando a tabela SIMAP
- Tabela 22 - Orçamento dos blocos, B – 02 utilizando a tabela SIMAP
- Tabela 23 - Orçamento dos blocos, B – 03 utilizando a tabela SIMAP
- Tabela 24 - Orçamento dos blocos, B – 01 utilizando a tabela TCPO
- Tabela 25 - Orçamento dos blocos, B – 02 utilizando a tabela TCPO
- Tabela 26 - Orçamento dos blocos, B – 03 utilizando a tabela TCPO
- 1 INTRODUÇÃO
- 1.1 JUSTIFICATIVA
- 1.2 OBJETIVOS
- 1.2.1 Objetivo geral
- 1.2.2 Objetivos específicos.................................................................................................
- 1.3 METODOLOGIA
- 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
- 2.1 TIPOS DE FUNDAÇÃO
- 2.1.1 Sapata Isolada
- 2.1.1.1 Dimensionamento geométrico da sapata isolada
- 2.1.1.2 Dimensionamento da armadura da sapata isolada
- 2.1.2 Bloco
- 2.1.2.1 Dimensionamento geométrico do Bloco
- 2.2 SONDAGEM
- 2.2.1 Sondagem SP.............................................................................................................
- 2.3 CAPACIDADE DE CARGA..........................................................................................
- 2.4 METODOLOGIA DE CÁLCULO DE TENSÃO ADMISSÍVEL DO SOLO
- 3 ESTUDO DE CASO
- 3.1 MATERIAIS
- 4 ORÇAMENTO...................................................................................................................
- 4.1 INSUMOS ORÇADOS...................................................................................................
- 5 RESULTADOS
- 5.1 DIMENSIONAMENTO
- 5.2 DIMENSIONAMENTO DAS SAPATAS E BLOCOS
- 6 ORÇAMENTO...................................................................................................................
- 7 CONCLUSÃO
- REFERÊNCIAS
- ANEXO A - LAUDO DE SONDAGEM SPT 002................................................................
- ANEXO B - LAUDO DE SONDAGEM SPT
- ANEXO C – K DE BERBERIAN
- APÊNDICE A - CALCULO DA CAPACIDADE DE CARGA
- SAPATA ISOLADA S- APÊNDICE B – CÁLCULO DO DIMENSIONAMENTO GEOMETRICO DA
- SAPATA ISOLADA S- APÊNDICE C - CÁLCULO DO DIMENSIONAMENTO DAS TENSÕES DA
- SAPATA ISOLADA S- APÊNDICE D - CÁLCULO DO DIMENSIONAMENTO DA ARMADURA DA
- APÊNDICE E – DETALHAMENTO DA SAPATA ISOLADA
- APÊNDICE F – DETALHAMENTO DA SAPATA ISOLADA
- APÊNDICE G - DETALHAMENTO DA SAPATA ISOLADA
- APÊNDICE H - CÁLCULO DA CAPACIDADE DE CARGA DOS BLOCOS
- APÊNDICE I - DETALHAMENTO DO BLOCO
- APÊNDICE J - DETALHAMENTO DO BLOCO 02.........................................................
- APÊNDICE K - DETALHAMENTO DO BLOCO
14 Foi proposto uma comparação entre blocos e sapatas isoladas e a analise de seu custo benefício a partir do emprego de cargas verticais distintas, a fim de auxiliar profissionais de engenharia na escolha adequada de uma fundação superficial. 1.1 JUSTIFICATIVA O trabalho de um projetista de fundação requer uma análise detalhada das características do empreendimento, das condições do solo, dos recursos disponíveis, entre outros fatores, antes de adotar determinado alicerce. Quando possível, opta-se por fundações superficiais, devido ao seu baixo custo e simples execução, contudo dentre as fundações rasas ainda pode-se surgir questionamentos acerca de qual elemento mais adequado. Veloso e Lopes ( 2011 ) descreve sapata como elemento de fundação superficial de concreto armado, dimensionado de modo que as tensões de tração nele resultantes sejam resistidas por armadura e blocos, como elemento de fundação de concreto simples, dimensionado de maneira que as tensões de tração nele resultantes possam ser resistidas pelo concreto, sem necessidade de armadura. Os autores também afirmam que os blocos são mais econômicos que as sapatas para cargas reduzidas, quando o maior consumo de concreto é pequeno e justifica a eliminação da armação. A clara distinção entre blocos e sapatas é o emprego ou não das barras de aço, contudo suas características ainda se distinguem quanto ao concreto a ser utilizado, no caso das sapatas isoladas recomenta-se o uso de concreto estrutural com fck (Resistência Característica do Concreto à Compressão) acima de 25 MPa. Entretanto, para blocos não há essas necessidades, sendo permitido o uso do concreto com apenas 6 MPa (BERBERIAM, 2015). Este trabalho apresenta o comparativo das fundações rasas sapata isoladas e blocos, analisando seu desempenho e custo para cargas verticais distintas no intuído de contribuir de forma positiva no trabalho dos profissionais de engenharia, auxiliando na escolha adequada de um alicerce. 1.2 OBJETIVOS 1.2.1 Objetivo geral
15 O presente trabalho tem como objetivo verificar a melhor viabilidade técnica e econômica em relação à sapata isolada e ao bloco, comparando o desempenho e o custo benefício de tais fundações rasas, quando lhes são empregadas cargas verticais distintas. 1.2.2 Objetivos específicos A fim de atingir o objetivo geral proposto, tem-se os seguintes objetivos específicos:
- Realizar uma revisão bibliográfica acerca do dimensionamento de sapatas isoladas e blocos;
- Projetar sapatas isoladas e blocos para as cargas de pilares 250 kN, 500 kN e 750 kN
- Comparar as soluções de fundação rasa quanto à viabilidade econômica para diferentes cargas de pilares. 1.3 METODOLOGIA A análise da viabilidade econômica das fundações rasas: bloco e sapata isolada foi realizada a partir do dimensionamento, detalhamento e orçamento dessas soluções de fundação. O trabalho inicia-se com a revisão da literatura relacionada a fundações. com ênfase nas fundações superficiais bloco e sapata isolada, seguida de um estudo teórico das técnicas de investigações do solo e tensões admissíveis. O estudo do solo ocorre a partir de um laudo de sondagem a percussão (SPT) no município de Senador Canedo, Goiás. A análise da tensão admissível do solo é realizada por uma média, considerando o estado da arte de 30%, pelo os métodos: Victor de Mello ( 1975 ), Albiero e Cintra ( 1996 ), Milton de Vargas (1960), e Berberian ( 2016 ). O estudo da arte consiste na média aritmética dos resultados obtidos por cada método, onde serão contados valores que estiveram nos intervalos superiores e inferiores do valor médio obtido. Posteriormente, foram dimensionados exemplos de sapata isolada e bloco para as cargas de 250 kN, 500 kN e 750 kN. As sapatas isoladas foram consideradas rígidas e calculadas através do Método das Bielas, baseado nos estudos de Blévot (1967). Analisou-se os diagramas de tensão sob os blocos e sapatas forma similar.
17 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Nesse capítulo são abordados os principais conceitos acerca da temática deste trabalho, tais como, a definição de fundação, tipos de fundação: conceitos e diferenças. O estudo será aprofundado sobre blocos e sapatas isoladas, abordando suas características e métodos construtivos e dimensionamento. Para o dimensionamento das sapatas isoladas e bloco desse trabalho não será utilizando um projeto estrutural para a resolução e sim adotado valores fixos de cargas e seção transversal de pilar. Irá ser adotada uma seção típica do pilar 20 x 30 cm baseado nas recomendações da NBR 6118 (ABNT, 2014), que exige que a dimensão mínima do pilar seja de 19 cm. Foram escolhidas três cargas de pilares distintas baseadas na recomendação de Bellina e Morais (1976), onde para os blocos de concreto simples devem ser evitados carregamentos superiores a 50 toneladas. Sendo assim, optou-se pelas cargas de pilares iguais a 250 KN, 500 KN e 750 KN. As sapatas isoladas foram consideradas rígidas e calculadas através do Método das Bielas, baseado nos estudos de Blévot (1967). 2.1 TIPOS DE FUNDAÇÃO A execução de uma obra começa pela fundação, que são elementos estruturais constituídos abaixo do nível do terreno. A NBR 6122 (ABNT, 2019) normatiza mais de 16 tipos de fundação e as classifica entre fundações profundas e superficiais. A distinção entre estes dois tipos é feita segundo o critério (arbitrário) de que uma fundação profunda e superficial é aquela cujo mecanismo de ruptura de base não atinge a superfície do terreno (VELOSO & LOPES, 2009). Ainda de acordo com a NBR 6122 (ABNT, 2019) as fundações profundas são elementos de fundação que transmitem a carga ao terreno ou pela base (resistência de ponta) ou por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas. Sua ponta ou base são apoiadas em uma profundidade superior a oito vezes a sua menor dimensão em planta e no mínimo 3,0 m, quando não for atingido o limite de oito vezes, a denominação é justificada. São exemplos desse tipo de fundação as estacas e os tubulões. As fundações indiretas são constituídas de madeira, metal ou concreto, podem ser executadas moldadas in loco, como as estacas Franki, Strauss e Raiz ou pré-moldadas, como as estacas pré-moldadas de concreto armado, concreto protendido ou metálicas. Também sendo classificadas de acordo com o deslocamento em: cravadas e escavadas.
18 Usualmente, o custo de um elemento de fundação profunda é definido por metro linear, o que aumenta seu custo construtivo devido a sua capacidade de atingir grandes profundidades. Outra condicionante para seu elevado custo é método executivo, que em grande parte dos casos necessita de mão de obra especializada, maquinário específico e grande quantidade de matérias. Sobre fundações superficiais, a NBR 6122 (ABNT, 2019) as classifica como aquelas cuja base está assentada em profundidade inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação, caso esta não seja constante em todo o perímetro da fundação. Tendo como exemplos sapatas isoladas, sapatas corridas, sapatas associadas, blocos, radier e vigas de fundação. Segundo Alves e Resende (2017) o comparativo entre Estaca Escavada e Sapata Isolada apresenta a sapata isolada como mais economicamente viável, por necessitar de menos que 40% do custo de materiais das estacas. Tal diferença é expressa pelo fato das fundações superficiais não exigirem maquinários complexos, além do consumo de concreto para a execução das peças serem moderado, tendo-se então um excelente viés econômico. As vantagens das fundações superficiais também estão presentes no seu menor tempo de execução e no fato de não provocarem ruídos excessivos e vibrações, que podem comprometer as estruturas vizinhas. 2.1.1 Sapata Isolada De acordo com Bastos (2016), de todos os elementos de fundação rasa, a sapata é a mais empregada, devido a grande variabilidade existente na configuração e na forma que os elementos estruturais apoiam nela. A sapata isolada é um elemento de fundação superficial de concreto armado, dimensionanda de modo que as tensões de tração nele resultantes sejam resistidas por armadura especialmente disposta para este fim, e por isso possuem menor altura que os blocos (VELOSO & LOPES, 2011). A geométrica da base da sapata isolada acompanha a forma do pilar que ela apoia, como mostra a Figura 01. Segundo Veloso e Lopes (2011), em fundações superficiais isoladas normalmente adota-se a altura variável, pois proporciona uma economia considerável de concreto nas sapatas maiores. Tais fundações podem ser utilizadas além de edificações tradicionais, como também em torres e equipamentos industriais. Delalibera (2006) ressalta que a sapata isolada tem como característica principal resistirem aos esforços de um único pilar, onde o centro de gravidade do pilar coincide com o centroide da sapata isolada, independente da forma do pilar. Esse alicerce é dimensionado para conduzir momentos aproximadamente iguais nas duas abas, em relação à mesa da sapata, tendo