Capacidade de Carga Geotécnica de Fundações

Transcrição

1 Capacidade de Carga Geotécnica de Fundações Fundações Rasas FUNDAÇÕES SLIDES 07 Prof. MSc. Douglas M. A. Bittencourt

2 Introdução Capacidade de carga Geotécnica Carga máxima resistida pela fundação Limite onde os recalques se estabilizam Resistência admissível Tensão ou força adotada em projeto que, aplicada pela fundação, atende, com fatores de segurança predeterminados, aos estados limites último (ruptura) e de serviço (deformações) FS = 3 Fundação superficial FS = 2 Fundação profunda 2

3 Introdução Resistência de Projeto Tensão ou força de ruptura geotécnica dividida pelo coeficiente de minoração da resistência última Também deve atender ao ELU e ao ELS Ideia f N k R c, k m f N R k c, k m coef.de majoração das ações carga característica (atuante) resistência característica coef.de minoração da resistência 3

4 Métodos para Determinação da capacidade de carga Métodos Teóricos Métodos Semiempíricos Métodos Práticos 4

5 Métodos para Determinação da capacidade de carga Métodos Práticos São realizados ensaios tipo prova de carga, em que a fundação ou semelhantes são submetidos a carregamentos progressivos até a iminência de ruptura Os ensaios são executados dentro da própria área de fundação Prova de carga sobre placa Prova de carga estática em estacas Ensaio de carregamento dinâmico 5

6 Métodos para Determinação da capacidade de carga Métodos Semiempíricos São correlações propostas a partir de resultados de ensaios in situ Alguns métodos estimam a carga última (P ult ) e outros a carga admissível P adm = P ult /FS No Brasil predominam os métodos relacionados ao ensaio SPT 6

7 Métodos para Determinação da capacidade de carga Métodos Teóricos São estudos teóricos da estabilidade de uma fundação inserida numa massa de solo Equilíbrio Limite Avalia o momento último da ruptura 7

8 Comportamento de uma sapata sob carga vertical 8

9 Comportamento de uma sapata sob carga vertical O valor de carregamento que promove a ruptura (Fase III), em que se atinge a resistência da fundação, recebe o nome de capacidade de carga Pult 9

10 Modelos de ruptura de fundações A partir da observação de ensaios e de catástrofes, constata-se que a capacidade de suporte do solo provém dos modelos: Ruptura generalizada Ruptura localizada Ruptura por puncionamento O tipo de ruptura ocorrerá em função Compressibilidade do solo, geometria da fundação, carregamento, embutimento 10

11 Modelos de ruptura de fundações Ruptura generalizada Existe um padrão bem definido Pouco antes da ruptura observa-se o levantamento do solo na superfície Ruptura repentina e drástica Ocorre com mais frequência em fundações rasas em solos pouco compressíveis (areias compactas e argilas rijas) 11

12 Modelos de ruptura de fundações Ruptura generalizada Ruptura geral nas fundações de silos de concreto armado (TSCHEBOTTARIOFF, 1978) 12

13 Modelos de ruptura de fundações Ruptura Localizada O padrão só é bem definido logo abaixo da fundação Só desce; não gira Poucos incrementos de carga recalques acentuados Não há colapso catastrófico Ocorre com mais frequencia em: Sapatas mais profundas Tubulões em geral Estacas com grande diâmetro 13

14 Modelos de ruptura de fundações Ruptura por Puncionamento O padrão de ruptura não é facilmente observado O solo externo não é envolvido Típico de estacas e também de tubulões com pequeno diâmetro Solos pouco competentes 14

15 Modelos de ruptura de fundações BL B* 2 B L Condições de modos de ruptura geotécnica em areias (VESIC, 1975) 15

16 Teoria de Terzaghi (1943) A partir de Prandtl (1921) e Reissner (1924): Fundação corrida em solo homogêneo, rígido-plástico Apenas o solo abaixo da sapata contribui com a resistência (H B) AC = reta CD = espiral logarítmica DE = reta Zona I = zona ativa Zona II = zona de cisalhamento Zona III = zona passiva 16

17 Teoria de Terzaghi (1943) Ruptura generalizada q u cn c qn q 1 2 BN q u = tensão máxima suportada pelo solo c = coesão do solo q = tensão efetiva ao nível da base = γh γ = peso específico do solo N c, N q, N γ = fatores de capacidade de carga B = menor dimensão da sapata 17

18 Teoria de Terzaghi (1943) Equações para o cálculo de Nc, de Nq e de Nγ N c cotg e tan tan 2 45 o / 2 1 N cotg N 1 c q N e tan tan 2 45 q o / 2 N 1 tan 2 Nq 18

19 Teoria de Terzaghi (1943) Exemplo 1: Determinar o valor da tensão admissível Sapata corrida B = 1 metro H = 1,5 metro C = 5 kpa ɸ = 28º γ = 17 kn/m³ Respostas Nc = 25,8 Nq = 14,7 N γ = 16,7 Q adm = 215,27 kpa 19

20 Fatores de Correção São fatores para adaptar o trabalho original à realidade 1) Fator de Forma q u cn c S c qn q S q 1 2 BN S γ 20

21 Fatores de Forma de Terzaghi (1943) Retangular Fatores de Forma de Vésic (1973) 21

22 Fatores de Correção 2) Embutimento Considera o quão profundo está a fundação Fundações rasas Terzaghi Fundações profundas Outras teorias (Meyerhoff) 22

23 Fatores de Correção 3) Compressibilidade do solo Areia fofa (N < 5) Argila mole (N < 6) Usar c * * 2 3c * tg 2 3tg Com c* e ɸ*, encontra-se Nc, Nq e Nγ, e usa-se a equação original 23

24 Fatores de Correção Exemplo 2: Determinar o valor da tensão admissível Sapata retangular B = 2 metros L = 3 metros H = 2 metros c = 5 kpa ɸ = 22º γ = 16 kn/m³ Areia fofa Respostas c* = 3,33 kpa ɸ* = 15,07º Nc = 11 Nq = 4 N γ = 2,7 Q adm = 70,06 kpa P proj = 42 tf 24

25 Fatores de Correção 4) Carga excêntrica Considerar uma área fictícia b x l para que a carga se torne centrada b' B 2 l' L 2 e x e y 25

26 Fatores de Correção 5) Carga inclinada Se a carga N estiver inclinada de um ângulo α com a vertical V N cos H N sin 26

27 Fatores de Correção 5) Carga inclinada Haverá uma redução da capacidade de carga Fatores i c, i q, i γ q u cn c S c i c qn q S q i q 1 BN 2 S i γ 27

28 Fatores de Correção 5) Carga inclinada Fatores Meyerhof Hansen i c 1 90º 2 1 H 2 N i q = i c H 1 2 cbl 2 2 i γ 1 = i q 28

29 Fatores de Correção 6) Presença do NA Influência da água na resistência ao cisalhamento do solo Parâmetros de resistência em termos de tensões efetivas Peso específico (γ solo ) γ γ γ n sub n seco, γ saturado ( γ sub sub γ sat γ média ponderada w ) 29

30 Fatores de Correção 6) Presença do NA 6.1) Para uma posição máxima de NA (1) Para z > D + B: nada a corrigir 30

31 Fatores de Correção 6) Presença do NA 6.2) Para D < z < D + B Utilizar coesão saturada (c sat ) Corrigir o peso específico na 3ª parcela da equação: * n a a b sub b 31

32 Fatores de Correção 6) Presença do NA 6.3) Para z < D Usar coesão saturada (c sat ) No cálculo de q, usar: q' n x 1 sub x 2 Na 3ª parcela da equação, usar γ sub 32

33 Fatores de Correção Exemplo 3 Qual dever ser o comprimento (L) de uma sapata com base (B) igual a 2 metros para suportar uma carga de projeto de 2500 kn. Considere que a sapata será apoiada a 2 metros de profundidade e que o nível d água máximo estará a 3,4 metros de profundidade. C sat = 10 kpa ɸ = 28º γ n = 17 kn/m³ γ sat = 20,8 kn/m³ 33

34 Fatores de Correção Exemplo 3 Respostas Nc = 25,8 Nq = 14,7 N γ = 16,7 q = 2 x 17 = 34 kpa γ* = 15,14 kn/m³ Sc =1,3 Sq = 1,0 Sγ = 0,8 Respostas q u = 1037,47 kpa q adm = 345,82 kpa L = 3,7 m 34