Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
-
Upload
rover-perfeito-matias -
Category
Documents
-
view
223 -
download
0
Transcript of Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
1/557
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
INSTITUTO DE TECNOLOGIA - ITEC
FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL – FEC – UFPa
Apostila de Fundações
Prof.: Gérson Miranda ( [email protected] )
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
2/557
É
ÇÕ
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
3/557
BUREAU SECURITAS (França)
40 ANOS DE ESTUDO
CAUSAS DE RUPTURAS E DESASTRES DE FUNDAÇÕES(ESTACAS E TUBULÕES)
40%
FALTA DE INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA ADEQUADA(SONDAGEM ERRÔNEA)
35%
INTERPRETAÇÃO ERRÔNEA DAS SONDAGENS OUENSAIOS GEOTÉCNICOS
15%
DEFEITOS DE EXECUÇÃO DAS FUNDAÇÕES
10 %
DETERIORAÇÃO DOS MATERIAIS DE FUNDAÇÕES
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
4/557
INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
Sondagens (NBR 8036): - 1 furo/200m2 de projeção;- Mínimo 3 sondagens/obra.
1. Processos de investigação do subsolo.
a) Poços;
b) Sondagens a Trado;
c) Sondagens à percussão com SPT;
d) Sondagens Rotativas;
e) Sondagens Mistas;
f) Ensaio de Cone (CPT);
g) Ensaio Pressiométrico (PMT).
Ensaios de Palheta (VANE TEST) e Dilatômetro (DMT) são usados para
Argilas Moles.
Outros ensaios especiais como Geofísicos e Ensaio de Placa são menos
utilizados.
a) Poços - (NBR 9604/86)
São escavações manuais, geralmente não escoradas, que avançam até
o nível d’água ou até onde for estável.
Permitem um exame do solo nas paredes e fundo da escavação e
retiradas de amostras indeformadas (blocos ou em anéis).
b) Sondagem à Trado - (NBR 9603/86)
A profundidade está limitada à capacidade de furação e nível d’água
(arenosos).
Amostras deformadas.
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
5/557
Figura 1 - Trados manuais mais utilizados (a) cavadeira, (b) espiral ou 'torcido' e (c)helicoidal
c) Sondagem à percussão – SPT (NBR 6484/01)
Atravessa solos relativamente compactos ou duros ;
Não ultrapassa blocos de rocha e muitas vezes, pedregulho;
O furo é revestido se for instável ; Perfuração com Trépano e remoção por circulação de água (lavagem) ;
O ensaio (SPT) é realizado a cada metro de sondagem;
Consiste na cravação de um amostrador normalizado (Raymond -
Terzaghi), por meio de golpes de um peso de 65 kgf caindo de 75cm de
altura;
Anota-se o nº de golpes para cravar os 45cm do amostrador em 3
conjuntos de golpes para cada 15cm;
O resultado do ensaio SPT é o nº de golpes necessá rios para cravar os30cm finais;
A amostra é deformada.
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
6/557
Figura 2 - Etapas na execução de sondagem a percussão: (a) avanço da sondagem por desagregação e lavagem e (b) ensaio e penetração dinâmica (SPT)
Figura 3 - Amostrador para solo (esquematicamente representado): (a) Raymond -Terzaghi (usado no SPT)
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
7/557
Tabela 1 - Classificação de areias e argilas conforme SPT
d) Amostras indeformadas (NBR 9820)
Blocos;
Tubos amostradores de parede fina (cravados estaticamente por
prensagem).
Figura 4 - Amostrador para solos (esquematicamente representado) de parede fina ou"Shelby" comum.
Solo N Compacidade/ Consistência
Areias e siltes
arenoso
4
5 – 8
9 – 1 819 – 40
>40
Fofa(o)
Pouco compacta(o)
Medianamente compacta(o)Compacta(o)
Muito compacta(o)
Argilas e siltes
argilosos
2
3 – 5
6 – 10
11 – 19
>19
Muito mole
Mole
Média(o)
Rija(o)
Dura(o)
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
8/557
e) Nível de água (em furos de sondagem)
Piezômetro (pressão neutra no ponto);
Medidor de nível d’água.
Figura 5 - (a) piezômetro e (b) medidor de nível d'água
f) Sondagem rotativa
Para ultrapassar rocha (matacões ou blocos) em furos de sondagem;
Barrilete com ponta cortante coroa de Tungstênio ou Diamante.,
Tabela 2 - Diâmetros de perfuração em rocha
Padrão
DCMA
Diâmetro da coroa
(pol.; mm)
Diâm. testemunho
(mm)
EX
AX
BX
NX
HX
1,47 ; 37,3
1,88 ; 47,6
2,35 ; 59,5
2,97 ; 75,3
3,89 ; 98,8
20,6
30,1
41,3
54,0
76,2
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
9/557
Figura 6 - Esquema de funcionamento de sonda rotativa
g) Sondagem mista
Sondagem combinada de SPT + Rotativa.
h) Ensaio de cone (CPT) – NBR 12069
Ensaio de penetração estática;
Ensaio de penetração contínua;
Diepsondering.
O ensaio consiste na cravação à velocidade lenta e constante (2cm/s) de
uma haste com ponta cônica (10 cm² e 60º) medindo -se a resistência
encontrada na ponta e a resistência por atrito lateral.
Cone- Mecânico;
- Elétrico.
Cone - Mecânico; Elétrico
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
10/557
CPTU = CPT + PORO-PRESSÃO = PIEZOCONE
Ensaio de dissipação Coeficiente de adensamento horizontal C h.
Figura 7 - Ensaio CPT (a) princípio de funcionamento e (b) vista de um equipamento(desenvolvido pela COPPE - UFRJ juntamente com a GROM - Automação e Sensores)
Figura 8 – Penetrômetros para CPT (a) de Delft, (b) Begemann, (c) cone elétrico (FUGRO - tiposubtração) e (d) piezocone (COPPE -UFRJ modelo 2), estando indicados: (1) luva de atrito, (2) anel
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
11/557
de vedação de solo, (3) idem, de água (4) célula de carga total, (5) idem, de ponta, (6) idem, deatrito, (7) idem, de ponta (8) transdutor (medidor) de poro -pressão e (9) elemento poroso.
Figura 9 - Resultado de um ensaio CPTU (realizado com piezocone)
Figura 10 - Relação entre a razão de atrito, resistência de ponta do cone e tipo de solo(Robertson e Campanella, 1983)
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
12/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
13/557
Figura 12 - Ensaio PMT: (a) princípio de execução (com sonda tipo Ménard), (b) sondaauto-perfurante tipo LCPC e (C) idem, tipo Camkometer.
A interpretação do ensaio fornece:
- ko ; ho
- Eu ; Gv
pVm
v
E G
)1(2
-5,5
o f
u
p pS
- Atualmente S.B.P. Autoperfurante
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
14/557
INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
CAUSAS MAIS FREQUENTES DE PROBLEMAS DE FUNDAÇÕES.
a) AUSÊNCIA DE INVESTIGAÇÕES80% dos casos de mau desempenho de obras pequenas e médias
b) INVESTIGAÇÃO INSUFICIENTENúmero insuficiente de sondagens (área extensa ou subsolo variado);Profundidade de investigação insuficiente;Propriedade de comportamento não determinada por necessitar de ensaiosespeciais (expansibilidade, Colapsividade)Situações com grande variação de propriedades
c) INVESTIGAÇÃO COM FALHAErro na localização do sítio (local)Procedimentos indevidos ou ensaio não padronizadoEquipamento com defeito ou fora de especificaçãoProcedimentos fraudulentosEnsaios de campo-labotarório - representativadade
d) INTERPRETAÇÃO INADEQUADA DOS DADOSAdoção de valores não representativos ou ausência de identificação de problemaspodem provocar desempenho inadequado das fundações
e) CASOS ESPECIAISInfluência da vegetação – raízes (umidade)Colapsividade pc= e/(1+eo); - expansibilidade – grandes recalquesZonas de mineração – galerias
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
15/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
16/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
17/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
18/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
19/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
20/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
21/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
22/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
23/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
24/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
25/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
26/557
2.1 – Padrões de Ensaios
A normalização do ensaio SPT foi realizada em 1958 pela ASTM (American Society
for Testing and Materials), sendo comum em todo o mundo o uso de procedimentos não
padronizados e equipamentos diferentes do padrão internacional. Atualmente existem diversas
normas nacionais com características distintas e um padrão internacional considerado como
referência (International Reference Test Procedure - IRTP / ISSMFE). Na América do Sul a
normalização Norte Americana ASTM D 1586-67 é utilizada com freqüência, tendo o Brasil
Normalização Específica NBR-6484/1980.
Em abordagem recente, Ranzini (1988) sugeriu procedimentos adicionais ao ensaio,
com a medição de torque após a execução do SPT. A introdução deste procedimento em
serviços de sondagem e o estabelecimento de regras básicas de interpretação vem sendo
objeto de estudos em São Paulo (e.g. Decourt e Quaresma Filho, 1994).
2.2 - Fatores determinantes na medida de SPT
Existem diferentes técnicas de perfuração, equipamento e procedimento de ensaio nos
diferentes países, resultantes de fatores locais e grau de desenvolvimento tecnológico do setor.
Isto resulta em desuniformidade de significância dos resultados obtidos. As principais
diferenças se referem ao método de perfuração, fluído estabilizante, diâmetro do furo,mecanismo de levantamento e liberação de queda do martelo, rigidez das hastes, geometria do
amostrador e método de cravação. Além desses fatores tem-se a influência marcante das
características e condições do solo nas medidas de SPT. Uma revisão completa sobre o atual
estado do conhecimento pode ser encontrada em Skempton (1986) e Clayton (1993) e
considerações sobre a realidade sul americana em Milititsky & Schnaid (1995).
Na prática de engenharia existe voz corrente sobre as questões relativas a "ensaios
bem ou mal feitos", empresas idôneas (fraudes), má prática, vícios executivos, entre outros.Os itens à seguir referidos tratam somente dos aspectos que influenciam os resultados de
ensaios realizados segundo recomendações de normas e da boa prática de engenharia. Serão
indicados os fatores que explicam porque no mesmo local, duas sondagens realizadas dentro
da técnica recomendada podem resultar em valores desiguais, considerando-se por exemplo:
técnica de escavação, equipamento e procedimento de ensaio.
Destes fatores certamente os relacionados com a técnica de escavação são os mais
importantes, podendo-se destacar o método de estabilização: [a] perfuração revestida e não
preenchida totalmente com água; [b] uso de bentonita; [c] revestimento cravado além do
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
27/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
28/557
Em primeiro lugar, deve-se considerar que a energia nominal transferida ao
amostrador, no processo de cravação, não é a energia de queda livre teórica transmitida pelo
martelo (e.g. Schmertmann & Palacios, 1979; Seed e outros, 1985; Skempton, 1986). A
eficiência do sistema é função das perdas por atrito e da própria dinâmica de transmissão de
energia do conjunto. No Brasil é comum o uso de sistemas manuais para a liberação de queda
do martelo, cuja energia aplicada é da ordem de 70% da energia teórica. Em comparação, nos
USA e Europa o sistema é mecanizado e a energia liberada é de aproximadamente 60%.
Modernamente a prática internacional sugere normalizar o número de golpes com base no
padrão americano de N60; assim, previamente ao uso de uma correlação formulada nos USA
deve-se majorar o valor medido de NSPT obtido em uma sondagem brasileira em 10 a 20%
(Velloso e Lopes, 1996).
Embora a prática brasileira seja pautada pelas recomendações da norma NBR 6484,
que estabelece critérios rígidos quanto a procedimentos de perfuração e ensaio, com a adoção
de um único tipo de amostrador, no meio técnico existem variações regionais de
procedimentos de sondagem: (a) uso (ou ausência) de coxim e cabeça de bater; (b)
acionamento com corda de sisal ou cabo de aço, com e sem roldana e (c) variação do tipo de
martelo utilizado. A influência de alguns destes fatores, relacionados à pratica brasileira, foi
quantificada por Belincanta (1998) e Belincanta e outros (1984; 1994). As medidas de
eficiência de energia dinâmica referem-se a primeira onda de compressão incidente, para uma
composição tipo de 14 m de comprimento. Valores médios de eficiência na faixa entre 65% e
80% da energia teórica foram monitorados com freqüência, reforçando a necessidade de
normalização das medidas de NSPT previamente a aplicação desta medida em correlações de
natureza empírica. As informações produzidas por Belincanta (1998) servem como avaliação
preliminar à estimativa de fatores intervenientes no índice de resistência à penetração.
Medidas locais de energia devem tornar-se rotina na próxima década, aumentando o grau de
confiabilidade do ensaio, melhorando a acurácia de uso de correlações baseadas no SPT equantificando a influência de fatores determinantes à interpretação racional do ensaio, como
por exemplo a influência do comprimento da composição.
2.4 Aplicações dos resultados
O ensaio de SPT tem sido usado para inúmeras aplicações, desde amostragem para
identificação de ocorrência dos diferentes horizontes, previsão da tensão admissível defundações diretas em solos granulares, até correlações com outras propriedades geotécnicas.
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
29/557
A origem das correlações, de natureza empírica, é obtida em geral em condição particular e
específica, com a expressa limitação por parte dos autores, mas acabam sendo extrapoladas na
prática muitas vezes de forma não apropriada. Alem disto, resultados de ensaios SPT
realizados em um mesmo local podem apresentar dispersão significativa. Um exemplo típico
de ensaios SPT realizados na região Porto Alegre, RS é apresentado na Figura 2.5, onde o
número de golpes NSPT é plotado contra a profundidade.
A variação observada nos perfis é representativa da própria variabilidade das
condições do subsolo, sendo necessário para cada projeto avaliar as implicações da adoção de
perfis mínimos ou médios de resistência.
Figura 2.5 Resultado típico de ensaios SPT em um único local de projeto
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
30/557
A primeira aplicação atribuída ao SPT consiste na simples determinação do perfil de
subsolo e identificação táctil-visual das diferentes camadas a partir do material recolhido no
amostrador padrão. A classificação do material é normalmente obtida combinando a descrição
do testemunho de sondagem com as medidas de resistência à penetração. O sistema de
classificação apresentado na Tabela 2.5, amplamente utilizado no Brasil e recomendado pela
NBR 7250/82, é baseado em medidas de resistência à penetração sem qualquer correção
quanto à energia de cravação e nível de tensões. Alternativamente pode-se utilizar a proposta
de Clayton (1993) apresentada na Tabela 2.6.
Solo Nspt Designação
Areia e < 4 Fofa
Silte arenoso 5-8 Pouco compacta9-18 Medianamente compacta
19-40 Compacta
>40 Muito compacta
Argila e < 2 Muito mole
Silte argiloso 3-5 Mole
6-10 Média
11-19 Rija
>19 Dura
Tabela 2.5 Classificação de solos (NBR 7250/82)
Material Nspt Designação
Areias (N1)60 0-3 Muito fofa
3-8 Fofa
8-25 Média
25-42 Densa
42-58 Muito densa
Argila N60 0-4 Muito mole
4-8 Mole
8-15 Firme
15-30 Rija
30-60 Muito Rija
>60 Dura
Tabela 2.6 Classificação de solos e rochas (Clayton, 1993)
Nota: N1 valor de NSPT corrigido para uma tensão de referência de 100 kPa ; N60 valor de
NSPT corrigido para 60% da energia teórica de queda livre(N1)60 valor de NSPT corrigido para energia e nível de tensões
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
31/557
CONSIDERAÇÕES FINAIS
As principais implicações decorrentes do uso e interpretação do SPT são listadas a seguir:
1) O ensaio de SPT constitui-se no mais utilizado na prática corrente da geotecnia,
especialmente em fundações e a tendência observada deve ser mantida no futuro próximo,
devido à simplicidade, economia e experiência acumulada.
2) O avanço do conhecimento já atingido deve ser necessariamente incorporado à prática de
engenharia. Para tanto é mandatório o uso de metodologia e equipamento padronizados, com
a avaliação da energia transmitida ao amostrador.
3) O treinamento de pessoal e a supervisão na realização do ensaio constitui-se em desafio,
mesmo com acréscimo de custo, para que os resultados sejam representativos e confiáveis.
4) Uma vez atendidas as recomendações anteriores, pode-se aplicar as metodologias
apresentadas no presente trabalho para estimativa de parâmetros de comportamento dos solos
e previsão de desempenho de fundações, resguardando as limitações apresentadas.
5) Do ponto de vista da prática de engenharia de fundações, os valores médios de penetração
podem servir de indicação qualitativa à previsão de problemas; por exemplo, NSPT superiores
a 30 indicam em geral solos resistentes e estáveis sem necessidade de estudos geotécnicos
mais elaborados para a solução de casos correntes. Solos com NSPT inferiores a 5 são
compressíveis e poucos resistentes, e não devem ter a solução produzida com base única
nestes ensaios. Nspt entre (0-5) não são representativos.
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
32/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
33/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
34/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
35/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
36/557
SUMÁRIO1 Objetivo2 Documentos complementares3 Definições4 Investigações geotécnicas, geológicas e observações
locais5 Cargas e segurança nas fundações6 Fundações superficiais7 Fundações profundas8 Escavações9 Observações do comportamento e instrumentação de
obras de fundação
1 Objetivo
Esta Norma fixa as condições básicas a serem observadasno projeto e execução de fundações de edifícios, pontese demais estruturas.
2 Documentos complementares
Na aplicação desta Norma é necessário consultar:
Portaria 3.214 do Ministério do Trabalho
NBR 6118 - Projeto e execução de obras de concreto
armado - Procedimento
NBR 6484 - Execução de sondagens de simplesreconhecimento dos solos - Método de ensaio
Copyright © 1996,ABNT–Associação Brasileirade Normas TécnicasPrinted in Brazil/ Impresso no BrasilTodos os direitos reservados
Sede:Rio de JaneiroAv. Treze de Maio, 13 - 28º andarCEP 20003-900 - Caixa Postal 1680Rio de Janeiro - RJTel.: PABX (021) 210-3122Telex: (021) 34333 ABNT - BREndereço Telegráfico:NORMATÉCNICA
ABNT-Associação
Brasileira deNormas Técnicas
Palavra-chave: Fundação 33 páginas
NBR 6122ABR 1996
Origem: Projeto NBR 6122/1994CB-02 - Comitê Brasileiro de Construção CivilCE-02:004.08 - Comissão de Estudo de Projeto e Execução de FundaçõesNBR 6122 - Foundations - Design and construction - ProcedureDescriptor: FoundationEsta Norma substitui a NBR 6122/1986Válida a partir de 30.05.1996
Projeto e execução de fundações
Procedimento
NBR 6489 - Prova de carga direta sobre terreno defundação - Procedimento
NBR 6502 - Rochas e solos - Terminologia
NBR 7190 - Cálculo e execução de estruturas demadeira - Procedimento
NBR 8681 - Ações e segurança nas estruturas - Pro-cedimento
NBR 8800 - Projeto e execução de estruturas de aço
de edifícios - Procedimento
NBR 9061 - Segurança de escavação a céu aberto -Procedimento
NBR 9062 - Projeto e execução de estruturas de con-creto pré-moldado - Procedimento
NBR 9603 - Sondagem a trado - Procedimento
NBR 9604 - Abertura de poço e trincheira de inspeçãoem solo com retirada de amostra deformada e inde-
formada - Procedimento
NBR 9820 - Coleta de amostras indeformadas desolos em furos de sondagens - Procedimento
Cópia não autorizada
NORMA ANTIGA !
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
37/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
38/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
39/557
FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS
SAPATA; BLOCO; RADIER
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
40/557
SAPATAS EXECUTADAS
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
41/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
42/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
43/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
44/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
45/557
Disciplina: FUNDAÇÕES Código: 101134
Professor: Erinaldo Hilário Cavalcante
Notas de Aula
FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS
Capítulo 4 – Capacidade de Carga
Aracaju, maio de 2005
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
ÁREA DE GEOTECNIA E ENGENHARIA DE FUNDAÇÕES
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
46/557
71
ÍNDICE
1.0 Definição 73
2.0 Relevância e Normalização das Fundações 73
2.1 Principais Normas Associadas a Fundações 73
3.0 Entidades Nacionais e Internacionais Ligadas à Engenharia de Fundações 73
4.0 Tipos de Fundações 74
4.1 Tipos de Fundações Superficiais, Rasas ou Diretas 74
4.2 Tipos de Fundações Profundas 75
5.0 Elementos Necessários ao Projeto de Fundações 76
5.1 Ações nas Fundações 76
6.0 Requisitos de um Projeto de Fundações 77
7.0 Fatores/Coeficientes de Segurança (FS) 787.1 Fator de Segurança Global 78
7.2 Fator de Segurança Parcial 78
8.0 Deslocamentos em Estruturas e Danos Provocados 79
8.1 Definição de Deslocamentos e Deformações 79
8.2 Recalques Totais Limites 80
8.3 Distorções Angulares e Danos Associados 81
9.0 CAPACIDADE DE CARGA DE FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS 819.1 Mecanismos de Ruptura em Função do Solo 82
9.1.1 Campos de Deslocamentos das Rupturas 83
9.1.2 Fatores que Afetam o Modo de Ruptura 83
9.1.3 Tensões de Contato 84
9.2 FORMULAÇÃO DE TERZAGHI 84
10.0 DESENVOLVIMENTO DA EQUAÇÃO DA CAPACIDADE DE CARGA 85
10.1 Casos Particulares 8610.2 Superposição de Efeitos 86
10.2.1 SOLUÇÃO DE TERZAGHI PARA O CASO DE SOLOS FOFOS E MOLES
(localizada)
87
10.3 A SOLUÇÃO DE MEYERHOF (1963) 89
10.4 A SOLUÇÃO DE BRINCH HANSEN (1970) 90
10.5 A SOLUÇÃO DE VÉSIC (1973; 1975) 90
10.6 Influência do Lençol Freático 91
10.7 Avaliação dos Métodos 93
11.0 MÉTODOS SEMI-EMPÍRICOS 94
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
47/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
48/557
73
1.0 Definição
Entende-se por Fundação o conjunto formado pelo elemento estrutural mais o maciço de solo,
projetado para suportar as cargas de uma edificação. O elemento estrutural é responsável pela
transmissão das cargas da superestrutura ao solo sobre o qual se apóia. Uma estrutura de
fundação adequadamente projetada é aquela que transfere as cargas sem sobrecarregarexcessivamente o solo. A transferência de esforços (cargas ou tensões) além do que o solo
pode resistir resultará em recalques excessivos ou até mesmo a ruptura do solo, por
cisalhamento. Portanto, os engenheiros geotécnico e estrutural deverão avaliar a capacidade
de carga do solo.
2.0 Relevância e Normalização das Fundações
• Corresponde de 4% a 10% do custo total de uma edificação
• Não existe obra civil sem fundação
• As condições do solo não podem ser escolhidas – são as que existem no local
• Não dá para padronizar uma solução – cada obra difere das outras
2.1 Principais Normas Associadas a Fundações
ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICASNBR 6122 (1986) – Projeto e Execução de Fundações
NBR 6489 (1984) – Prova de Carga Direta Sobre Terreno de Fundação
NBR 6121/MB3472 – Estacas - Prova de Carga Estática
NBR 13208 (1994) – Estacas – Ensaio de Carregamento Dinâmico
NBR 8681 (1984) – Ações e Segurança nas Estruturas
NBR 6118 – Projeto e Execução de Obras de Concreto Armado
3.0 Entidades Nacionais e Internacionais Ligadas à Engenharia de Fundações
i) ABMS – Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia de Geotécnica
(www.abms.com.br)
ii) ABEF – Associação Brasileira de Empresas de Engenharia de Fundações
(www.abef.org.br)
iii) ISSMFE – International Society of Soil Mechanics and Geotechnical Engineering
(www.issmge.org)
(2010)
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
49/557
74
4.0 Tipos de Fundações • Superficiais, rasas ou diretas
• Profundas
A diferença de acordo com a profundidade de embutimento do elemento no solo
Figura 4.1 – Mecanismos de ruptura em fundações.
A diferença de acordo com o mecanismo de ruptura
Superficial: mecanismo surge na superfície do terreno
Profunda: mecanismo não surge na superfície do terreno
4.1 Tipos de Fundações Superficiais, Rasas ou Diretas
Bloco
Sapata corrida
Viga de fundação
Grelha
Sapata associada
Radier
Figura 4.2 – Tipos de fundações superficiais.
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
50/557
75
4.2 Tipos de Fundações Profundas
Estaca
Tubulão
Caixão
Figura 4.3 – Tipos de fundações profundas.
Fundações Mistas
Estaca T
Estapata
Radier sobre
estacas
Radier sobre
tubulõesFigura 4.4 – Tipos de fundações mistas: (a) estaca “T”; (b) estapata; (c)radier sobre estacas; (d) radier sobre tubulões.
Principais diferenças entre blocos e sapatas
Figura 4.5 – Principais diferenças entre um bloco e uma sapata.
maior altura
trabalha basicamente à compressão
concreto simples (em geral)
pequena altura
trabalha à flexão
concreto armado para resistir esforçosde tração e cisalhantes
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
51/557
76
5.0 Elementos Necessários ao Projeto de Fundações
i) Topografia da área
Levantamento topográfico
Dados sobre taludes e encostas
Dados sobre possibilidades de erosões na área de apoio da fundação
ii) Dados Geológicos-Geotécnicos
Investigação do Subsolo (preliminares e/ou complementar)
Análise de mapas, fotos aéreas, levantamentos aerofotogramétricos, etc.)
iii) Dados da Estrutura a Construir
Tipo e uso
Sistema estrutural
Cargas que serão transmitidas
iv) Dados das Construções Vizinhas Nº de pavimentos, carga média por pavimento
Tipo de estrutura e fundações
Desempenho das fundações
Existência de subsolo
Possíveis efeitos de escavações e vibrações provocadas pela nova obra
5.1 Ações nas Fundações
⇒ Cargas Vivas
⇒ Cargas mortas ou
permanentes
OBS.: A NBR 8681
(1984) estabelece
critérios para
combinação destas
ações na verificação
dos estados limites de
uma estrutura.
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
52/557
77
ESTADO LIMITE: Estado a partir do qual a estrutura apresenta desempenho inadequado ao
desempenho da obra. São dois os estados limites:
i) Estado Limite Último⇒ associa-se ao colapso parcial/total da obra;
ii) Estado Limite de Utilização ⇒ Quando a ocorrência de deformações, fissuras, etc.
compro metem o uso da construção.
6.0 Requisitos de um Projeto de Fundações
⌦ Deformações aceitáveis sob as condições de trabalho (requer verificação dos estados
limites de utilização);
⌦ Segurança adequada ao colapso do solo de fundação – estabilidade externa
(verificação dos estados limites últimos);
⌦ Segurança adequada ao colapso dos elementos estruturais – estabilidade interna
(verificação dos estados limites últimos).
OUTROS REQUISITOS
Segurança adequada ao tombamento e deslizamento provocados por forças
horizontais (estabilidade externa);
Níveis de vibração compatíveis com o uso da obra, verificados nos casos de cargas
dinâmicas.
Figura 4.6 – (a) Deformações excessivas, (b) colapso do solo, (c) tombamento, (d) deslizamento e (e)
colapso estrutural resultante de projetos deficientes.
comprometem
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
53/557
78
7.0 Fatores/Coeficientes de Segurança (Fs)
Em fundações os valores de FS estão associados às incertezas, refletindo a soma dos
seguintes fatores:
Investigações geotécnicas disponíveis, tipo, qualidade, quantidade, etc.;
Parâmetros admitidos ou estimados;
Métodos de cálculo empregados;
As cargas que realmente atuam e
Os procedimentos de execução.
7.1 Fator de Segurança Global
Incorpora todos os fatores mencionados acima, ou seja:
trab
σ
rupσou
trabQúlt
QFS =
Tabela 4.1 – Fatores de Segurança globais mínimos em geotecnia (Terzaghi & Peck, 1967).
Tipo de ruptura Obra Fator de Segurança (FS)
Cisalhamento
Obras de Terra
Estruturas de Arrimo
Fundações
1,3 a 1,5
1,5 a 2,0
2,0 a 3,0
Ação da ÁguaSubpressão, Levantamento
Gradiente de saída (piping)
1,5 a 2,5
3,0 a 5,0
Tabela 4.2 – Fatores de Segurança mínimos aplicados em Fundações no Brasil (NBR 6122, 1996).
Condição Fator de Segurança (FS)
Capacidade de carga de fundações superficiais 3,0
Capacidade de carga de estacas ou tubulões sem prova de
carga2,0
Capacidade de carga de estacas ou tubulões com prova de
carga1,6
7.2 Fator de Segurança Parcial
Consiste num valor de FS para cada tipo de ação, no caso das cargas atuantes, enquanto que
no caso das resistências, consiste em se adotar um coeficiente de minoração para cada
parcela de resistência do problema.
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
54/557
79
BRINCH HANSEN (1965) sugere:
• Cargas permanentes ⇒ FS = 1,0
• Cargas acidentais ⇒ FS = 1,5
• Pressões d´água ⇒ FS = 1,0
• Cálculo da estabilidade de taludes e Empuxos de Terra ⇒ Coesão: FS = 1,5
⇒ tg(φ): FS = 1,2
• Fundações superficiais ⇒ Coesão: FS = 2,0 ; tg(φ): FS = 1,2
♦Fórmulas estáticas Coesão: FS = 2,0 ; tg (φ): FS = 1,2
• Fundações profundas ♦Fórmulas de cravação FS = 2,0
♦Provas de carga FS = 1,6
♦Aço: FS = 1,35 (em relação à tensão de escoamento)
• Materiais estruturais ♦Concreto: FS = 2,7 (em relação à tensão de ruptura)
♦Outros materiais: dividir as tensões admissíveis por 1,4
8.0 Deslocamentos em Estruturas e Danos Provocados
Toda fundação está sujeita a:
• Deslocamentos verticais (recalques ou levantamentos)
• Deslocamentos horizontais• Deslocamentos rotacionais
OBS.: Quando os valores desses deslocamentos ultrapassam certos limites, ocorre a
possibilidade do colapso da estrutura suportada. Isto acontece por causa do surgimento de
esforços para os quais a estrutura não foi dimensionada.
Deslocamentos admissíveis⇒ não prejudicam a utilização (funcionalidade) da obra
Deslocamentos excessivos⇒ podem comprometer a estrutura quanto à estética, função,...
8.1 Definição de Deslocamentos e Deformações
• Deformação específica (ε): rel ação entre a variação de comprimento (δL) e o
comprimento.
inicial (L)⇒ LLδ ε =
• Recalque (r ou w): deslocamento para baixo (↓)
• Levantamento: deslocamento para cima (↑)
OBS.: Estes deslocamentosdependem da interação solo-
estrutura apoiada.
relação
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
55/557
80
Recalque diferencial ( r ou w): deslocamento vertical de um ponto em relação a outro.
Rotação (φ): descreve a variação da inclinação da reta que une dois pontos de referência da
fundação.
Desaprumo (ω): rotação da estrutura como um todo.
Distorção angular ( ): corresponde à rotação da reta que une dois pontos de referência
tomados para definir o desaprumo.
8.2 Recalques Totais Limites
wmáx = 25 mm (SAPATAS)
AREIAS
wmáx = 50 mm (RADIER)
wmáx = 65 mm (SAPATAS
ARGILAS ISOLADAS)
wmáx = 65 a 100 mm
(RADIER) Figura 4.7 - Deslocamentos de uma fundação superficial.
Figura 4.8 – Deslocamentos que podem ocorrer com uma estrutura.
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
56/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
57/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
58/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
59/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
60/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
61/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
62/557
81
8.3 Distorções Angulares e Danos Associados
Figura 4.9 – Distorções angulares e danos associados.
9.0 CAPACIDADE DE CARGA DE FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS
Considerar uma sapata com as seguintes condições:
• Retangular, com dimensões B x L
• Apoiada na superfície do terreno
• Submetida a uma carga Q, crescente desde zero até à ruptura
• São medidos os valores de Q e dos deslocamentos verticais “w” (recalques)
A tensão aplicada ao solo pela sapata é:B.LQ=σ
" ruptura "
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
63/557
82
Figura 4.10 – Sapata de concreto armado embutida em solo.
Figura 4.11 – Comportamento de uma sapata sob carga vertical – curvas carga x recalque (Kézdi, 1970).
FASE I ⇒ ELÁSTICA: w é proporcional à carga Q
FASE II ⇒ PLÁSTICA: w é irreversível. O deslocamento w é crescente mesmo sem variar Q
FASE III ⇒ PLÁSTICA: w é irreversível. A velocidade do “w” cresce continuamente⇒ ruptura.
9.1 Mecanismos de Ruptura em Função do Solo
Ruptura generalizada ⇒ brusca, bem caracterizada na curva σ x w (ocorre em solos
rígidos, como areias compactas a muito compactas e argilas rijas a duras)
Ruptura localizada ⇒ curva mais abatida. Não apresenta nitidez da ruptura. Típica de
solos fofos e moles (areias fofas e argilas média e mole).
Ruptura por puncionamento ⇒ mecanismo de difícil observação. À medida que Q cresce,o movimento vertical da fundação é acompanhado pela compressão do solo logo abaixo. O
solo fora da área carregada não participa do processo.
*****
Caracterização das curvas: Carga x Recalque
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
64/557
83
Figura 4.12 – Rupturas: generalizada (a); localizada (b); por puncionamento (c) e (d) condições que
ocorrem, em areias (Vésic, 1963).
9.1.1 Campos de Deslocamentos das Rupturas
Figura 4.13 – Campos de deslocamentos das rupturas: generalizada (a); localizada (b) e por
puncionamento (c), segundo Lopes (1979).
9.1.2 Fatores que Afetam o Modo de Ruptura
• Propriedades do solo (rigidez/resistência)
• Geometria do carregamento (profundidade relativa D/B): se D/B aumenta⇒ punção
• Estado de tensões iniciais (k0): Se k0 aumenta⇒ ruptura generalizada
ndice de densidade
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
65/557
84
9.1.3 Tensões de Contato
SAPATA APOIADA EM ARGILA
SAPATA APOIADA EM AREIA
SAPATA APOIADA EM ROCHA
Figura 4.14 – Tensões de contato entre a placa e o solo, dependendo da rigidez da placa e do tipo de
solo existente embaixo da placa.
9.2 FORMULAÇÃO DE TERZAGHI
Hipóteses:
i) a sapata é corrida, ou seja, L >>> B. Trata-se de um caso bidimensional (no plano);
ii) o embutimento da sapata (D) é menor que sua largura (B). Neste caso, é desprezada
a resistência ao cisalhamento do solo acima da cota de apoio da sapata e substitui-se a camada pela sobrecarga q = γ.D;
iii) o maciço de solo sob a base da sapata é compacto ou rijo⇒ ruptura generalizada.
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
66/557
85
10.0 DESENVOLVIMENTO DA EQUAÇÃO DA CAPACIDADE DE CARGA
Na iminência da ruptura, em que a sapata aplica a tensão σr ao solo, na cunha I, com peso W,tem-se:
Figura 4.15 – Superfície potencial de ruptura.
Do equilíbrio de forças atuando na cunha de solo “I”, faces OR e O´R, vem: ∑ = 0Fv 0sena2Cp2EWxBr σ =−−+ φ (1)
em que x1xc
2
BcosaC =φ
γ φ ⋅
= tg4
2BW
Ep é a componente vertical do
empuxo passivo
Ca é a força coesiva
c é a coesão do solo
φ = ângulo de atrito interno do soloB é a largura da sapata
Figura 4.16 – Cunha de solo sob a base da sapata.
ORST = SUPERFÍCIE POTENCIAL DE RUPTURA
OR e ST = TRECHOS RETOS
RS = ESPIRAL LOGARÍTMICA
Reescrevendo a equação (1), vem:
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
67/557
86
φ γ
φ tg B.4−+=
c.tg
Bp2E
r σ (2)
A equação (2) é a solução geral do problema, desde que Ep seja conhecido.
OBS.: Não há solução geral que leve em conta o peso do solo e a influência da sobrecarga.Para simplificar, são analisados casos particulares e depois são superpostos os efeitos.
10.1 Casos Particulares
i) Solo sem peso e sapata à superfície do terreno: (c ≠ 0, D = 0, γ = 0)
cc.Nr σ = (2.1)
Nc = fator de capacidade de carga função apenas de φ ⇒
−+= 1
2452cot φ
φ π φ tg
tg e
cgN
ii) Solo não coesivo e sem peso: (c = 0, D ≠ 0, γ = 0)
qq.Nr σ = (2.2)
Nq = fator de capacidade de carga função também só de φ ⇒
+=
2452 φ
φ π tg
tg e
qN
Constata-se que φ g q
N c
cot1
−=N
iii) Solo não coesivo e sapata à superfície (areia pura): (c = 0, D = 0, γ ≠ 0)
γ γ N B..
2
1r σ =
)cos(2.
4φ α
γ γ −=
B p
E
N
10.2 Superposição de Efeitos
No caso real de uma sapata corrida embutida em um maciço de solo com coesão (c) e ângulo
de atrito (φ), a capacidade de carga se compõe de três parcelas, que representa as
contribuições:
i) da coesão e do atrito de um material sem peso (W)e sem sobrecarga (q);
ii) do atrito de um material sem peso e com sobrecarga, e
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
68/557
87
iii) do atrito de um material com peso e sem sobrecarga.
Assim, a solução de TERZAGHI, considerando a superposição dos efeitos para ruptura geral é:
γγΒΝ++=2
1qqNccNr σ (3)
Os fatores de capacidade de carga Nc, Nq e Nγ são adimensionais e dependem apenas de φ. A
Tabela a seguir e o ábaco correspondente apresentam os valores desses fatores.
10.2.1 SOLUÇÃO DE TERZAGHI PARA O CASO DE SOLOS FOFOS E MOLES (localizada)
Sugere-se reduzir os valores de c e de φ. Neste caso:
c32c´= e φ φ tg
32´tg =
Entrar no ábaco de Terzaghi com φ e obter Nc´, Nq´ e Nγ´. A Equação (3) fica:
´2
1´qqN´cc´Nr σ γγΒΝ++= (4)
Obs.: Para ruptura localizada, entra-se na Tabela 4.3 o valor de φ ́ e obtém-se os
correspondentes valores de N c ́ , N q´ e N γ ́ . Com o valor de φ ou φ ́ , determina-se no ábaco da
Figura 4.17 diretamente os valores dos fatores de capacidade tanto para o caso de ruptura
generalizada quanto localizada.
Tabela 4.3 – Fatores de capacidade de carga para aplicação da equação de Terzaghi.φ ou φ´ FATORES DE CAPACIDADE DE CARGA PROPOSTOS POR TERZAGHI
(GRAUS) Nc Nq Nγ
0 5,7 1,0 0,0
5 7,3 1,6 0,5
10 9,6 2,7 1,2
15 12,9 4,4 2,5
20 17,7 7,4 5,025 25,1 12,7 9,7
30 37,2 22,5 19,7
34 52,6 36,5 36,0
35 57,8 41,4 42,4
40 95,7 81,3 100,4
45 172,3 173,3 297,5
48 258,3 287,9 780,150 347,5 415,1 1153,2
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
69/557
88
Figura 4.17 – Ábaco para obtenção dos fatores de capacidade de carga da equação de Terzaghi.
TERZAGHI também introduziu fatores de correção para levar em conta a forma da fundação.
Os fatores são sc e sγ, cujos valores são apresentados a seguir.
Equação final de Terzaghi para capacidade de carga:
γγγΒΝ++= s2
1qqNcsccNr σ (5)
Tabela 4.4 – Fatores de forma para aplicação da equação de Terzaghi.
VALORES DOS FATORES DE FORMA SUGERIDOS POR TERZAGHI
FATOR FORMA DA SAPATA
Corrida Circular Quadrada Retangular
sc 1,0 1,3 1,3 1 + 0,3B/L
sγ 1,0 0,6 0,8 1 - 0,2B/L
CASOS PARTICULARES:
Para φ = 0⇒ Nc = 5,7 e Nγ = 0 ⇒ 7,41c5,7c xx1,3r σ == (sapata quadrada/cicrcular)
Para c = 0⇒ γ=γ
= γ NxBxx0,4NxBx2
x0,8r σ γ (sapata quadrada)
OBS 1: Para solos puramente coesivos a capacidade de carga independe de B;
OBS 2: Para solos puramente não-coesivos σr só depende de B;
OBS IMPORTANTE.: A solução de TERZAGHI foi desenvolvida para casos onde D ≤ B;
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
70/557
89
10.3 A SOLUÇÃO DE MEYERHOF (1963)
Um aperfeiçoamento da solução de Terzaghi foi feito por Meyerhof. Ele passou a considerar a
resistência ao cisalhamento do solo situado acima da base da fundação. Assim, a superfície de
deslizamento intercepta a superfície do terreno.
Figura 4.18 – teoria de Meyerhof: mecanismo de
ruptura de fundações superficiais.
Meyerhof incluiu na Equação de Terzaghi o
fator de forma, sq, os fatores de profundidade
(dc, dq e dγ) e os fatores associados à
inclinação da carga aplicada em relação à
vertical (ic, iq, iγ). Os valores de Nc e de Nq
são praticamente os mesmos propostos por
TERZAGHI. Os fatores de capacidade de
carga propostos por MEYERHOF, estão
presentes na tabela onde também se
encontram os valores propostos por HANSEN
e VÉSIC, os dois últimos métodos a seguir.
As equações para cálculo dos fatores propostas por Meyerhof são apresentadas a seguir.
Nγ = (Nq – 1) tg (1,4.φ)
Nq = eπtgφtg2 (45 + 0,5. φ)
Nc = (Nq – 1) cotg φ
OBS.: Para profundidades D ≤ B, osresultados da aplicação da solução de
MEYERHOF não diferem muito dos
resultados obtidos com a aplicação da
solução de TERZAGHI.
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
71/557
90
10.4 A SOLUÇÃO DE BRINCH HANSEN (1970)
HANSEN (1970) propõe os mesmos fatores de capacidade de carga sugeridos por
MEYERHOF, mas alterou os valores de Nγ e introduziu na equação de capacidade de carga de
MEYERHOF (1951, 1963) fatores de correção para levar em conta dois aspectos:
• a inclinação da base da sapata em relação à direção horizontal (bc, bq, bγ)
• a inclinação da superfície do solo suportando a sapata (gc, gq, gγ)
Para o caso de sapatas com cargas excêntricas, Hansen também propôs o conceito de “ Área
Efetiva”, A´, da fundação (A´ = B´ x L´). Em que:
B´ = B – 2eB e L´ = L – 2eL
eB , eL = excentricidades nas direções de B e de L
Figura 4.19 – Áreas efetivas de fundação, inclusive áreas retangulares equivalentes.
Consultar instruções da Tabela 4.6.
10.5 A SOLUÇÃO DE VÉSIC (1973; 1975)
VÉSIC propõe os mesmos fatores de capacidade de carga propostos MEYERHOF e HANSEN,
com exceção do Ny, que tem a seguinte expressão:
Nγ = 2(Nq + 1) tg φ
Há diferenças também em relação a HANSEN nas expressões para cálculo dos fatores deinclinação, solo e base (ii, bi e gi). Ver instruções na Tabela 4.6. A equação geral, será,
portanto:
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
72/557
91
γ γ γ γ b g id
qb
q g qi
qd
cb
c g ci
cd
γγγΒΝ++= s21
qs
qqN
cs
ccNr σ
FATORES DE CAPACIDADE DE CARGA
PROPOSTOS PARA OS MÉTODOS DE
MEYERHOF, HANSEN E VÉSIC. Os valoresde Nc e Nq são os comuns aos três métodos.
Porém, Nγ tem um valor individual para cada
autor.
Nγ(M) = proposta de Meyerhof
Nγ(H) = proposta de Hansen
Nγ(V) = proposta de Vésic
Tabela 4.5 – Fatores de capacidade de carga para as equações de Meyerhof, Hansen e Vésic.
φ FATORES DE MEYERHOF, HANSEN E VÉSIC
(GRAUS) Nc Nq Nγ(M) Nγ(H) Nγ(V)
0 5,14 1,0 0,0 0,0 0,0
5 6,49 1,6 0,1 0,1 0,4
10 8,34 2,5 0,4 0,4 1,2
15 10,97 3,9 1,1 1,2 2,6
20 14,83 6,4 2,9 2,9 5,4
25 20,71 10,7 6,8 6,8 10,9
26 22,25 11,8 8,0 7,9 12,5
28 25,79 14,7 11,2 10,9 16,7
30 30,13 18,4 15,7 15,1 22,4
32 35,47 23,2 22,0 20,8 30,2
34 42,14 29,4 31,1 28,7 41,0
36 50,55 37,7 44,4 40,0 56,2
38 61,31 48,9 64,0 56,1 77,9
40 75,25 64,1 93,6 79,4 109,3
45 133,73 134,7 262,3 200,5 271,3
50 266,50 318,5 871,7 567,4 761,3
10.6 Influência do Lençol Freático
A presença da água o solo afeta o valor de γ, presente na 2ª e na 3ª parcelas da equação da
capacidade de carga:
2ª parcela: q.Nq = γ.D.Nq e 3ª parcela: γ γ N21 B
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
73/557
92
Tabela 4.6 – Fatores que influenciam a capacidade de carga de sapatas.
Fator de forma Fator de
profundidade
Fator de inclinação Fatores de solo
(talude e base)
L
B s c 2,0´ =
d´c = 0,4.k a f c
c A
H H i −−= 15,05,0)(´
ca f
c N ca
mH
AV i −=1)(´
°°
=147
´ β
c g
Vésic:
β γ sen N 2−= (φ=0)
L
B
N
N s
c
q
c +=1 dc = 1+ 0,4.k 1
1),(
−
−−=
q
q
qc N
iiV H i
°°
−=147
1´ β
c g
Sc = 1 (corrida)
φ tg L
B sq +=1
dq = 1 +2.tgφ (1-senφ)2k
5
cot
5,01)(
+−=
φ g c AV
H H i
a f
q
m
a f
q
g c AV
H V i
+
−=
φ cot
1)(
)5,01()()( β γ tg H g H g q −==
2)1(()( β γ tg HV g V g q −==
Fatores de base
L
B s 4,01−=γ
dγ = 1 (qualquer φ)
5
cot
7,01)(
+−=
φ γ
g c AV
H H i
a f
(η=0)
5
cot
4507,0
1)(
+
°−−=
φ
η
γ g c AV
H
H ia f
(η>0)
1
cot1)(
+
+−=
m
a f g c AV H V i
φ γ
°
°=
147´
η cb
°°
−=147
1 η
cb
B
Dk = para 1≤
B
D
B
Dtg k 1−= p/ 1>
B
D
L B
L Bmm B +
+==
1
2 se H // B
B L
Bmm L +
+==
1
2 se H // L
Obs.: iq , iγ > 0
)2()( φ η tg q e H b −=
)7,2()( φ η γ tg e H b −=
)1()()( β η γ tg V bV bq −==
Observações importantes: Af = B´ x L´ ; ca = coesão na base ; D é usado com B e não com B´
H = componente transversal da carga na sapata ≤ V.tgδ +ca Afβ = inclinação do talude sob a sapata ; η = ângulo de inclinação da base da sapata com o planohorizontalδ = ângulo de atrito entre a base da sapata e o solo = φ, para contato solo-concretoRecomenda-se não usar fatores si combinados com fatores ii (si pode se combinar com di, bi e gi)
Referências das equações: (H) = Hansen e (V) = Vésic
Com relação à influência do lençol freático, três casos podem ser analisados (Figura 4.20):
i) N.A acima da base da fundação (d ≤ D), onde d = Dw (profundidade do N.A.)
ii) N.A. entre a base da fundação (D) e o limite da superfície de ruptura (D < Dw ≤ D+ B)
iii) N.A. abaixo de D + B (d > D+B), ou seja, Dw > D+ B
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
74/557
93
Figura 4.20 Influência do lençol freático na capacidade de carga: (a) caso 1 e (b) caso 2.
Procedimentos de correção
Caso i)
águaSAT SUB γ γ γ −==γ´
Caso ii)
−−−=
B
D DwáguaSAT
1´ γ γ γ
γ´= peso específico do solo, corrigido pele efeito do N.A.
γnat = peso específico do solo acima do lençol freático.
Exemplo: Imagine uma sapata quadrada, de 2m de largura, apoiada em uma areia pura, a 1m
de profundidade, com o nível d´água 2 m abaixo da fundação. Os dados da areia são: c = 0
kPa; φ = 30° e γ = 18 kN/m3. Nestas condições, de acordo com a equação de capacidade de
carga de Terzaghi, tem-se:2kN/m301,68118 =0,818.2.19,7.+=
2
1r σ x ⇒ 3)(FS
2kN/m56,100 ==adm
σ
Agora, suponha que por algum motivo, o nível freático se elevou até o nível do terreno, ou seja,
1m acima da cota da fundação:
2kN/m134,0818 =,88.2.19,7.0+=2
1r σ x ⇒
2kN/m69,44=adm
σ
10.7 Avaliação dos Métodos
Tabela 4.7 – Avaliação dos métodos teóricos de previsão de capacidade de carga.
MÉTODO APLICABILIDADE RECOMENDADA
TERZAGHI
Solos muito coesivos e onde 1B
D≤ . Não indicado para casos
onde há geração de momentos na sapata e/ou forças horizontais
ou inclinações da base e do solo adjacente.
HANSEN, MEYERHOF, VÉSIC Indicados para qualquer situação. A critério do usuário.
HANSEN, VÉSICIndicados para uso quando a base da sapata é inclinada e/ou
quando o terreno adjacente é em talude e quando D>B.
Caso iii)
γ´ = γnat
verificar cálculos ! (Nq ???)
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
75/557
Exercícios: - Capacidade de Carga (Suporte) de Fundações Superficiais
1) Uma sapata quadrada de 2 m de lado está embutida numa profundidade de 1.0 m
abaixo da superfície do terreno num depósito de areia compactada espessa
( )' 35 , ' 30 ; 18 / ³ p cs sat kN mφ φ γ = ° = ° = . O Nível do lençol freático (N.A) encontra-se a 5 mabaixo da superfície do terreno. Assuma que o solo acima do N.A esteja saturado. Determine
a capacidade de carga (suporte) da fundação.
Resolução:
Esquematize as condições dadas no problema:
• Efeito do N.A deve ser levado em consideração ?
• Qual método será usado na avaliação da capacidade de carga ? Todos ?
Comparação entre os métodos ?
• Tipicamente o método de Terzaghi é avaliado sempre.
Cálculo dos Fatores de Capacidade de Carga (Via Terzaghi) além dos fatores geométricos
Parâmetro ' ' 35 pφ φ = = ° ' ' 30csφ φ = = °
tan ' 2 'tan 452
q N eπ φ φ = ° +
33,3 18,4
1q N − 32,3 17,4
( )2 1 tan 'q N N γ φ = + 48,0 22,4
1 tan 'q
BS
Lφ = + 1,70 1,58
1 0,4 BS L
γ = − 0,6 0,6
Avalie esta premissa neste exemplo.
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
76/557
Cálculo da Capacidade de Carga última
( )1 0,5
' ' 35 : 18 1 32,3 1,7 0,5 18 2 48 0,6 1507
3
150718 1 520
3
' ' 30 : 18 1 17, 4 1,58 0,5 18 2 22,4 0,6 737
1,5
73718 1 509
1,5
ult f q q
ult
a f
p ult
a
cs ult
a
q D N S BN s
q
q D FS
q kPa
FS
q kPa
q kPa
FS
q kPa
γ γ γ γ
γ
φ φ
φ φ
= − +
= += = ° = × × × + × × × × =
=
= + × =
= = ° = × × × + × × × × =
=
= + × =
Para este problema, a capacidade de suporte admissível é aproximadamente a mesma
usando o ângulo de atrito de pico ou o ângulo a grandes deformações (índice de vazios
críticos) ' pφ com FS = 3 e 'csφ com FS = 1,5.
Verificar possíveis incorreçõesna resolução deste exercício !
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
77/557
2) Compare a capacidade de carga última para o exercício anterior usando ' pφ = 35°
quando o lençol freático estiver localizado:
a) 5 m abaixo da base da sapata;
b) Na superfície do terreno;
c) Na base da sapata, ed) A 1 m abaixo da base.
Use o método de Meyerhof.
Resolução:
Aqui será avaliado o efeito do nível freático (N.A) no fenômeno de capacidade de suporte. A
escolha de um valor (adequado) ao peso específico do solo é a chave do problema.
Passo 1: Calcule os fatores: de capacidade de carga, de forma e de profundidade.
( ) ( ) ( )
tan ' 2 tan35 ' 2
2 2
' 35tan 45 tan 45 33,3
2 2
1 33,3 1 32,3
1 tan 1,4 ' 32,3tan 1,4 35 37,2' 35
tan 45 tan 45 3,72 2
21 0,1 1 0,1 3,7 1,37
2
1 0,1
q
q
q
p
q p
q
N e e
N
N N
K
B s s K
L
d d K
π φ π
γ
γ
γ
φ
φ φ
° ° = ° + = ° + =
− = − =
= − = × ° =
° = ° + = ° + =
= = + × = + × × =
= = +1
1 0,1 3,7 1,09
2
f
p
D
B
= + =
Passo 2: Substitua os valores do passo anterior na equação de Meyerhof.
(a) N.A a 5 m abaixo da superfície. O N.A está a 4 m abaixo da base, sendo maior que sua
largura (menor dimensão) da sapata. Desta forma, o N.A não tem efeito na capacidade de
carga e:
( )1 0,5
18 1 32,3 1,37 1,09 0,5 18 2 37,2 1,37 1,09 1868
sat
ult f q q qq D N s d BN s d
kPa
γ γ γ
γ γ
γ γ
=
= − +
= × × × × + × × × × × =
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
78/557
(b) O N.A está na superfície do terreno. Neste caso, o efeito do N.A afetará a capacidade de
carga e assim:
Alternativamente, desde que a modificação do peso específico é o mesmo para ambos os
termos da equação de capacidade, pode-se simplificar, encontrando ult q pelo produto do
resultado do caso (a)'γ γ
pela relação , ou seja:
8,21868 85118
ult q kPa= × =
(c) N.A na base da sapata. Neste caso, o N.A afetará o ultimo termo da equação de
capacidade de carga e desta forma:
' 18 9,8 8,2 / ³ sat w kN mγ γ γ = − = − =
Deste Modo,
( )1 0,5 '18 1 32,3 1,37 1,09 0,5 8,2 2 37,2 1,37 1,09 1323,7
ult f q q q
ult
q D N s d BN s d q kPa
γ γ γ γ γ = − +
= × × × × + × × × × × =
(d) N.A a 1 m abaixo da base. Neste caso, o N.A está dentro da profundidade B abaixo da
base e isso afetará o último termo da capaciade de carga:
' '( ) 1 81 8,2 (2 1) 2 6, 2 / ³ sat B z B z kN mγ γ γ = + − = × + × − =
Assim:
( ) ( )( )
1 0,5 '
18 1 32,3 1,37 1,09 0,5 26,2 37,2 1,37 1,09 1596,9
ult f q q q
ult
q D N s d B N s d
q kPa
γ γ γ γ γ = − +
= × × × × + × × × × =
b)851
100 46% N.A na superfície do terreno1868
× ≈ →
c)1323,7
100 71% N.A na base da sapata1868
× = →
d)1596,9
100 85% N.A a 1 m da base da sapata1868 × = →
( )
' 18 9,8 8, 2 / ³
' 1 0,5 '8,2 1 32,3 1,37 1,09 0,5 8,2 2 37,2 1,37 1,09 851
sat w
ult f q q q
kN m
q D N s d BN s d kPa
γ γ γ
γ γ γ
γ γ
= − = − =
= − +
= × × × × + × × × × × =
1) N.A = 5 m da Base: 1868 kPa2) N.A = 1 m da Base: 1597 kPa3) N.A na Base da sapata : 1324 kPa4) N.A no N.T: 851 kPa
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
79/557
3) Uma sapata de 1.8 m X 2.5 m está embutida na profundidade de 1.5 m abaixo da
superfície do terreno num depósito de argila pré adensada espessa. O N.A está a 2m abaixo da
superfície do terreno. A resistência ao cisalhamento não drenada vale 120 kPa e320 / sat kN mγ = . Determine a capacidade de carga admissível assumindo FS igual a 3.
Resolução: Use o método de Skempton [na avaliação da capacidade de suporte em solos
coesivos e com análise em termos totais (curto prazo)]. Não há necessidade de qualquer
correção do peso específico em virtude da localização do N.A. Desta forma:
5 1 0,2 1 0,2
120 1,5 1,85 1 0,2 1 0,2 20 1,5 297
3 1,8 2,5
f ua f
a
D s Bq D
FS B L
q kPa
γ
= + + +
= × × + + + × =
4) Determine o tamanho de uma sapata retangular para suportar uma carga de
pilar de 1800 kN. As propriedades do solo são: ' pφ = 38°, ' csφ =32° e 18 / ³ sat kN mγ = .
A sapata tem embutimento =1 m. O N.A está a 6 m abaixo da superfície do terreno.
Dicas:
• Use o Método de Meyerhof;
• Escolha apropriadamente (em geral 1,5) L B →
• Use ' ' FS=1,5csφ φ = →
5) Usando a geometria do exercício 1, determine qadm com a carga inclinada 20°
com a vertical ao longo da largura e ' ' FS=1,5csφ φ = → .
Assuma N.A na superfície do terreno.
Somente solo argiloso: (Su)
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
80/557
EXEMPLO: DETERMINE O VALOR APROXIMADO DA TENSÃO A QUE A
CAMADA DE ARGILA MOLE ESTEJA SUBMETIDA QUANDO O
EMBUTIMENTO DA SAPATA DE LADO 3 m FOR 1,5 m. A CARGA A QUE A
SAPATA ESTÁ SUBMETIDA VALE 500 kN.
1:2=26,5°
σH= 500
�3+2∗2,5.(26)∗(3+2∗2,5.(26))=16,9 = (17 kPa)
LADO DA SAPATA NA PROF. 4 m = 5,4 (5,5 m)
SOLO N O HOMOG NEO
O TOPO DA
1:3 = 18,4°
24 kPa
B+[ 2H.tg (26,5/18,4) ]
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
81/557
ATENÇÃO ! CAPACIDADE DE CARGA:
Kp=
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
82/557
Método [K=Q calc/Q med
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
83/557
En uanto isso no MUNDO REAL... 2
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
84/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
85/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
86/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
87/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
88/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
89/557
95
iii) No meio técnico brasileiro tem sido muito empregada a expressão para o caso de sapatas
assentes tanto em areias quanto em argilas:
50
Nadm =σ (MPa) (8)
A Equação (8) é válida no intervalo (5 ≤ N ≤ 20). N é a resistência à penetração média obtida
no trecho compreendido da base da sapata até 2B abaixo (bulbo de tensões).
iv) Correlação de Mello (1975)
−= 1N0,1.admσ (MPa) (4 ≤ N ≤ 16) (8)
v) Correlação de Parry (1977) para Areias com a profundidade de embutimento D ≤ B.
5530.Nadm =σ (9)
onde N55 é a resistência à penetração obtida com um sistema SPT com eficiência de 55%.
11.2 Métodos Baseados no CPT
i) Correlação de Teixeira e Godoy (1996)
10cq adm =σ (≤ 4,0 MPa) (10a)
para argilas e
15cq adm =σ (≤ 4,0 MPa) (10b)
para areias,
onde qc é a resistência de ponta obtida do
Cone Penetration Test (Figura 4.22) no
trecho correspondente ao bulbo de tensões
da sapata (qc ≥ 1,5 MPa). Figura 4.22 Cone de penetração (CPT).
ii) Método Baseado no CPT para Areia e para Argilas de Acordo com a Forma da Sapata.
σrup = 28 – 0,0052(300 – qc)1,5 para sapata corrida [kgf/cm2] (11a)
σrup = 48 – 0,009(300 – qc)1,5 para sapata quadrada [kgf/cm2] (11b) AREIAS
Métodos Semi-Em íricos
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
90/557
96
σrup = 2 + 0,28.qc para sapata corrida [kgf/cm2] (12a)
σrup = 5 + 0,34.qc para sapata quadrada [kgf/cm2] (12b)
12.0 MÉTODOS EMPÍRICOS
A NBR 6122 (1996) considera métodos empíricos aqueles pelos quais se obtém a tensão
admissível com base na descrição do terreno (classificação e determinação da compacidade
ou consistência por meio de investigações de campo/laboratório). A Tabela 4.8 é uma
orientação básica fornecida na norma NBR 6122 (1996), de uso restrito para cargas não
superiores a 100 tf (≅1000kN).
Tabela 4.8 – Tensões admissíveis segundo a NBR 6122 (1996).
12.1 Recomendações Gerais para Uso da Tabela de Tensões Admissíveis
12.1.1 Solos Granulares:
Quando no trecho z =0 até z =2B (a partir da base da fundação), o solo encontrado for dasclasses 4 a 9, corrigir σ0 em função da largura B, obtendo-se σ0´:
ARGILAS
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
91/557
97
−+= 2B
8
1,51´ oo σ σ ≤ 2,5σo para B ≤ 10m e construções insensíveis a recalque.
12.1.2 Construções Sensíveis a Recalques
• Verificar o efeito dos recalques, quando B > 2m ou manter o valor de σo.
12.1.3 Aumento da Tensão Admissível com a Profundidade
• Para os solos das classes 4 a 9, os dados tabelados de σo só devem usados quando D≤ 1,0
metro. Para D > 1,0 metro, sugere-se majorar em 40% o valor de σo, para cada metro além
dessa profundidade. Esta majoração deve-se limitar a ao dobro do valor fornecido pela
tabela.
12.1.4 Solos Argilosos
• Para os solos das classes 10 a 15: os dados tabelados de σo só devem usados para
fundações com até, no máximo, 10 m2 de área. Para fundações com área superior a este
valor, reduzir o valor de σo de acordo com a seguinte expressão:
A
10oo σ σ =
,
13.0 PROVAS DE CARGA SOBRE PLACAS – INTERPRETAÇÃO E EXTRAPOLAÇÃO
NBR 6489 (1984)
Não define ruptura, define a
tensão admissível como o
menor dos dois valores abaixo:
σ10mm
σadm ≤
225mmσ
σ10mm – tensão para recalque de
10mm;
σ25mm – tensão para recalque de
25mm;
Fig. 4.23 Montagem típica de uma prova de carga sobre placas.
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
92/557
98
OBS.: Um critério para a
estimativa da ruptura, adotado em
todo o mundo considera a tensão
de ruptura como sendo aquela
correspondente a um recalque
igual a 10% do diâmetro ou ladoda placa. No caso, por exemplo,
de uma placa com 80cm de
diâmetro, a ruptura deveria
acontecer quando o recalque
medido atingisse 8cm.
OUTRAS PRESCRIÇÕES
• Argilas ou Areias comruptura geral
Critério da tensão admissível:
2rupσ
σ =adm
Critério do recalque admissível:1,5
máxσ σ ≤adm
CRITÉRIO DE TERAGHI & PECK
σadm = σ25mm para a maior sapata da obra.
Figura 4.24 Curvas tensão recalque típicas de provas de carga.
13.1 Extrapolação dos Resultados para a Sapata
Há uma diferença significativa no
fator escala entre a placa da prova e
a fundação real: o bulbo de tensões
gerado pela placa não é igual ao
bulbo gerado pela fundação (ver
Figura 4.25). Neste caso, há que ser
feita uma correção para extrapolaros resultados do ensaio para a
aplicação.
AREIAS
Para um mesmo valor de tensão,
tem-se para areias, onde Es cresce
com a profundidade:
2
placfund
fundplacfund BB
2Br r
+=
Figura 4.25 – Influência do bulbo de tensões na prova de
carga.
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
93/557
99
Para fundação e placa com mesma
forma geométrica:
=
plac
fund
placfundrup B
Br rupt σ σ com
3≤
plac
fundB
B
onde
σrupfund = tensão de ruptura
extrapolada
σrupplac = tensão de ruptura da placa
r fund = recalque extrapolado para a
fundaçãor plac = recalque da placa
Bfund = largura da fundação
Bplac = largura da placa
ARGILAS
Para argila média a dura, onde Es é constante com a
profundidade, para uma mesma tensão aplicada:
placfundrupr rupt σ σ = , pois o termo B.Nγ =0. Também,
=
plac
fundplacfund A
Ar r em que,
Afund = Área da fundação
Aplac = Área da placa
Se a fundação e a placa tiverem a mesma geometria
em planta:
=
plac
fundplacfund B
Br r
14.0 Fundação em Solos Não Saturados e Colapsíveis
Solos porosos situados acima do nível d´água freático geralmente são colapsíveis, ou seja, em
condições de baixo teor de umidade, apresentam uma espécie de resistência “aparente” em
decorrência da tensão de sucção que se desenvolve em seus vazios. Dessa forma, em termos
de fundações, quanto mais seco o solo colapsível, maior a sucção e, em conseqüência, maior
a capacidade de carga. Por outro lado, quando úmido, menor a sucção e, menor a capacidade
de carga. Aumentando-se ainda mais a umidade até um valor extremo inundado, a sucção
torna-se nula e a capacidade de carga atinge seu valor mínimo.
15.0 Influência do Nível D´água em Areias
A posição do nível d´água freático em relação ao bulbo de tensões, em depósitos arenosos,
pode influenciar na capacidade de carga da fundação. Em solos arenosos a expressão da
capacidade de carga se resume a qr = 0,40.γ.B.Nγ, que depende do peso específico do solo.
Quando uma areia seca é saturada, seu peso específico se reduz a praticamente a metade.
Neste caso, se o N.A. se elevar do limite inferior do bulbo de tensões até a base da sapata, o
peso específico no interior do bulbo se reduz a 50%. Por isso, a capacidade de carga de umasapata apoiada em areia saturada é praticamente a metade do valor correspondente à situação
de areia na condição não saturada, conforme foi mostrado no exemplo do item 10.6.
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
94/557
100
16.0 Estimativa de Parâmetros de Resistência e Peso Específico
a) Coesão
Quando não se dispõem de resultados de ensaios de laboratório, a estimativa do valor da
coesão não drenada (Cu ou Su), pode ser feita a partir de correlações obtidas. Teixeira e Godoy
(1996) sugerem:
Cu = 10 N [kPa]
onde N é a resistência à penetração do SPT.
b) Ângulo de atrito interno (φ)
A estimativa do ângulo de atrito de areias pode ser feita empregando-se propostas de
correlações existentes na literatura. Mello (1971) propõe um ábaco que relaciona a tensão
vertical efetiva (σ´v) e o N do SPT, ambos obtidos na mesma cota (ver Figura 4.26).
Figura 4.26 Estimativa do ângulo de atrito em função do NSPT e da tensão vertical efetiva.
As correlações seguintes também podem ser empregadas para a estimativa de φ:
Godoy (1983) φ = 28o + 0,4 N Formulação válida tanto para fundaçãosuperficial quanto profunda
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
95/557
101
Teixeira (1996): o1520N +=φ
c) Peso Específico (γ): Não se disponde de resultados de ensaios efetuados em laboratório, o
peso específico do solo pode ser estimado a partir do tipo de solo, classificado com base no N
do SPT. A Tabela 4.9, mostrada abaixo, apresentam valores de γ sugeridos por Godoy (1972).
Tabela 4.9 – Estimativa do valor do peso específico de solos (Godoy, 1972).
Solo N Consistênciaγ (kN/m3)
≤ 2 Muito mole 13
3 – 5 Mole 15
6 – 10 Média 17
11 – 19 Rija 19 S o l o s
a r g i l o s o s
≥ 20 Dura 21
Solo N Compacidade Seca úmida Saturada
< 5 Fofa
5 – 8 Pouco compacta16 18 19
9 – 18 Medte. compacta 17 19 20
19 – 40 Compacta
S o l o s
a r e n o s o s
> 40 Muito compacta
18 20 21
Formulação válida tanto para fundaçãosuperficial quanto profunda
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
96/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
97/557
102
17.0 Exercícios Propostos
17.1 Questionário
1) O que é uma fundação?
2) Como podem ser classificadas as fundações?
3) Que são fundações superficiais, rasas ou diretas e quais os tipos?4) Porque um tubulão também pode ser considerado um tipo de fundação direta?
5) Que são fundações profundas e quais os principais tipos?
6) O que você entende por ruptura de um sistema solo-fundação?
7) O que é tensão de ruptura?
8) Defina capacidade de carga de uma fundação.
9) Enumere alguns itens relevantes para o estudo das fundações.
10) Quais as principais normas da ABNT ligadas ao estudo das fundações. De que trata cada
uma?
11) No Brasil qual ou quais os órgãos que se dedicam à divulgação e organização dos estudos
sobre Geotecnia e Fundações?
12) O que pode diferenciar uma fundação rasa de uma fundação profunda?
13) O que você entende por mecanismo de ruptura de uma fundação?
14) Defina os termos a seguir: a) bloco; b) sapata; c) sapata corrida; d) viga de fundação; e)
radier; f) grelha.
15) Defina: a) estaca de fundação; b) tubulão; c) caixão de fundação; d) estapata; estaca T.
16) O que diferencia um bloco de uma sapata?
17) O que diferencia um a estaca de um tubulão?
18) Que são fundações mistas?
19) Quais os elementos necessários para elaboração de um projeto de fundações?
20) Classifique as ações atuantes nas fundações.
21) Que são cargas vivas e cargas permanentes?
22) O que é estado limite último?
23) O que é estado limite de utilização?
24) O que é estabilidade externa?
25) O que é estabilidade interna de uma fundação?
26) Na verificação das deformações aceitáveis de uma fundação, qual o estado limite a ser
analisado?
27) Que são coeficientes ou Fatores de Segurança (FS)?
28) Por que se aplica um coeficiente de segurança na estimativa da tensão ou cargaadmissível de uma fundação?
29) O que você entende por fator de segurança parcial e fator de segurança parcial?
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
98/557
103
30) Quais os valores dos Fatores de Segurança mínimos empregados nos projetos de
fundações no Brasil, de acordo com a norma NBR 6122 (1996)?
31) Classifique os deslocamentos que podem acontecer com as estruturas de fundação.
32) O que você entende por colapso de uma estrutura de fundação? Porque ele ocorre?
33) O que é deslocamento admissível?
34) O que é recalque?
35) O que é levantamento?
36) O que é recalque diferencial?
37) O que é distorção?
38) Ilustre graficamente a ocorrência de recalque, levantamento, recalque diferencial e
distorção angular.
39) Quais os valores de recalques limites de acordo com o tipo da fundação superficial e do
solo?40) Ocorrendo uma distorção angular da ordem de 1/300, quais os danos esperados na
edificação?
41) O que é a capacidade de carga de uma fundação superficial?
42) A partir da curva tensão x recalque de uma fundação superficial, explique as fases pelas
quais o sistema solo-fundação pode estar submetido.
43) Quais os tipos de ruptura que um sistema solo-fundação pode sofrer? Em que situação
cada tipo acontece?44) Quais os fatores que afetam o modo de ruptura de uma fundação superficial?
45) Que são tensões de contato?
46) Como se comportam as tensões de contato e as deformações de acordo com a rigidez da
fundação superficial e do tipo de solo?
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
99/557
EXERCÍCIOS
DE
FUNDAÇÕES
–
FUNDAÇÕES
SUPERFICIAIS
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
100/557
ES-013 – Exemplo de um projeto completo de edifício de concreto armado data:out/2001 fl. 1
7 – Fundações
7.1 Sapatas
7.1.1 Sapatas Corridas
7.1.1.1 Introdução
A sapata corrida é normalmente utilizada como apoio direto de paredes, muros, e depilares alinhados, próximos entre si.
Figura 1.1
Os esforços solicitantes na sapata são considerados uniformes, mesmo para o caso dafig.1.1.b onde, de maneira aproximada, a carga do pilar dividida por a, pode serconsiderada como carga uniformemente distribuída na sapata corrida. Desta forma, aanálise principal consiste em estudar uma faixa de largura unitária sujeita a esforços n, me v, respectivamente, força normal, momento fletor e força cortante, todos eles definidospor unidade de largura.
A fig. 1.2. mostra a seção transversal do muro. As abas podem ter espessura constante h,ou variável (de ho a h).
Figura 1.2
a) apoio de paredeem alvenaria
b) apoio de pilaresalinhados e
próximos entre si
pilares
viga de rigidez
sapata corrida
a
a
a
h
hv
ho
α
solicitações
distribuídasuniformes
n
v m v
n
m
h cm
hcm
h
hh
o
o
v
b
≥
≥
≤
≥
25
20
3
30
0 8
(*)
/
,
α
l
l b = comprimento de ancoragem da armadurada parede ou do pilar (quando for o caso)
c
c = (a - ap) / 2
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
101/557
Blocos
São elementos de grande rigidez, executados com concreto simples ou ciclópico,
dimensionados de modo que as tensões de tração neles produzidas possam ser resistidas pelo
concreto. Podem ter suas faces verticais, inclinadas ou escalonadas e apresentar em plantaseção quadrada ou retangular (figura 1.10).
a) altura constante b)altura variável
Figura 1.10 – Blocos apoiados diretamente no terreno
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
102/557
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
103/557
Ops ! - Afinal, a tensão admissível é400 ou 500 kPa ???
h>= 0,866*[(a-a0) ou (b-b0)]
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
104/557
RIGIDEZ DA SAPATA
Pela relação entre suas dimensões, uma sapata pode ser rígida ou flexível. Em MONTOYA
[1973], diz-se que a sapata é flexível, quando > 2h e rígida quando h2 (figura 1.11). A
rigidez influi, principalmente, no processo adotado para determinação das armaduras.
Um outro fator determinante na definição da rigidez da sapata é a resistência do solo. Para
baixas tensões indica-se sapata flexível, e para tensões maiores sapata rígida. ANDRADE
[1989] sugere a utilização de sapatas flexíveis para solos com tensão admissível abaixo de
150 kN/m2.
h
h
Figura 1.11 - Dimensões da sapata
Nas sapatas flexíveis, o comportamento estrutural é de uma peça fletida, devendo-se, além de
dimensionar a peça para absorver o momento fletor, verificar o cisalhamento oriundo da forçacortante e o puncionamento. Já nas sapatas rígidas não é necessária a verificação da punção.
DETALHES CONSTRUTIVOS
A face de contato de uma sapata deve ser assente a uma profundidade tal que garanta que o
solo de apoio não seja influenciado pelos agentes atmosféricos e fluxos d’água. Na divisa com
terrenos vizinhos, salvo quando a fundação for assente sobre rocha, tal profundidade não deve
ser inferior a 1,5m. E na escolha do nível da base da sapata, devem ser considerados os
seguintes fatores:
a) altura da sapata;
b) altura dos baldrames;
c) dificuldades de execução das fôrmas e das concretagens;
d) necessidade de espaço acima das sapatas para passagem de dutos, pisos rebaixados,
etc.;
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
105/557
e) profundidade da camada de solo de apoio;
f) volume de terra resultante das escavações;
g) presença de água subterrânea;
h) necessidade de aumentar as cargas permanentes.
A altura da sapata pode ser variável, linearmente decrescente, da face do pilar até a
extremidade livre da sapata, proporcionando uma economia no volume de concreto. No
entanto, a altura h0 (figura 1.11) é limitada a um valor tal, que o cobrimento seja suficiente
nas zonas de ancoragem, e no mínimo 15 cm; e o ângulo das superfícies laterais inclinadas do
tronco de pirâmide não dificulte a concretagem. Segundo MONTOYA [1973] este ângulo nãodeve ultrapassar 30, que corresponde aproximadamente ao ângulo do talude natural do
concreto fresco.
As sapatas de altura constante são mais fáceis de construir, mas como o consumo de concreto
é maior são indicadas quando há a necessidade de um volume elevado para aumentar o peso
próprio e quando as sapatas têm de pequenas dimensões.
No caso de sapatas de altura variável, no topo da sapata deve existir uma folga para apoio e
vedação da fôrma do pilar.
No caso de sapatas próximas, porém situadas em cotas diferentes, a reta de maior declive que
passa pelos seus bordos deve fazer, com a vertical, um ângulo como mostrado na figura
1.12, com os seguintes valores:
solos pouco resistentes: 60;
solos resistentes: = 45;
rochas: = 30;
A fundação situada em cota mais baixa deve ser executada em primeiro lugar, a não ser que se
tomem cuidados especiais.
-
8/16/2019 Apostila Fundações Teoria 01 - ufpa.pdf
106/557
Figura 1.12 – Fundações próximas, mas em cotas diferentes NBR 6122 (1996)
Deve ser executada uma camada de concreto simples de 5cm a 10cm, ocupando toda a área da
cava da fundação. Essa camada serve para nivelar o fundo da cava, como também serve de
fôrma da face inferior da sapata. Em fundações apoiadas em rocha, após o preparo da
superfície (chumbamento ou escalonamento em superfícies horizontais), deve-se executar um
enchimento de concreto de modo a se obter uma superfície plana e horizontal, nesse caso, o
concreto a ser utilizado deve ter resistência compatível com a pressão de trabalho da sapata.
O cobrimento utilizado para as sapatas deve ser igual ou maior que 5 cm, visto que se
encontram num meio agressivo. Em terrenos altamente agressivos aconselha-se executar um
revestimento de vedação.
Dimensionamento
Geotécnico
de
Fundações
Superficiais
As dimensões em planta necessárias para uma sapata isolada com força centrada são obtidas a
partir da divisão da ação característica atuante no pilar pela tensão admissível do terreno. Para
levar em conta o peso próprio da sapata, deve-se considerar um acréscimo nominal na ação do
pilar. Esse acréscimo pode ser de 5% para sapatas flexíveis e 10% no caso das sapatas rígidas.
Segundo ALONSO [1983], conhecida a área da superfície de contato, a escolha do par de
valores a e b (figura 2.1), para o caso de sapatas isoladas, deve ser feita de modo que:
a) o centro de gravidade da sapata deve coincidir com o centro de aplicaçã