Fundamentos e Estruturas de Contenção Aula 5 e 6 PDF

FUNDAÇÕES E ESTRUTURAS DE CONTENÇÃO AULA nº 05 e 06 PROJETO DE FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS Prof. Ilton Alves  FUNDAÇÃO DIRETA...

FUNDAÇÕES E ESTRUTURAS DE CONTENÇÃO AULA nº 05 e 06 PROJETO DE FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS Prof. Ilton Alves  FUNDAÇÃO DIRETA PROF. ILTON A aplicação de uma força vertical de compressão, P, no topo da sapata gera a mobilização de tensões resistentes no maciço de solo que, no contato sapata-solo, são normais à base da sapata, com valor médio dado por : σ= P/A Fonte:  FUNDAÇÃO DIRETA PROF. ILTON 3.30 método de valores admissíveis: método em que as forças ou tensões de ruptura são divididas por um fator de segurança global e a condição de verificação da segurança é: Padm = Rk/FSg e Padm ≥ Sk Onde: Padm é a tensão admissível de sapatas e tubulões e carga admissível de estacas; Rk representa as forças ou tensões características de ruptura; Sk representa as solicitações características; FSg é o fator de segurança global Fonte:  FUNDAÇÃO DIRETA – NBR 6122 PROF. ILTON 5.6 Peso próprio das fundações: Deve ser considerado o peso próprio de blocos de coroamento ou sapatas, ou no mínimo 5 % da carga vertical permanente. Fonte:  FUNDAÇÃO DIRETA PROF. ILTON 7.3 Determinação da tensão admissível ou da tensão resistente de cálculo a partir do estado limite último: 7.3.1 Prova de carga sobre placa: Ensaio realizado de acordo com a ABNT NBR 6489, cujos resultados devem ser interpretados de modo a considerar a relação modelo- protótipo (efeito de escala), bem como as camadas influenciadas de solo. 7.3.2 Métodos teóricos: Podem ser empregados métodos analíticos (teorias de capacidade de carga) nos domínios de validade de sua aplicação, desde que contemplem todas as particularidades do projeto, inclusive a natureza do carregamento (drenado ou não drenado). 7.3.3 Métodos semiempíricos: São métodos que relacionam resultados de ensaios (tais como o SPT, CPT etc.) com tensões admissíveis ou tensões resistentes de cálculo. Devem ser observados os domínios de validade de suas aplicações, bem como as dispersões dos dados e as limitações regionais associadas a cada um dos métodos. Fonte:  Fórmulas Semiempíricas PROF. ILTON Prova de Carga em Fundação Direta ou Rasa Fonte:  Fórmulas Semiempíricas PROF. ILTON Teixeira (1996) propôs para argilas pouco a medianamente plásticas e fator de segurança igual a 3: Fonte:  Exercícios Resolvidos PROF. ILTON 1)Determinar a tensão admissível da sapata quadrada de 1,5 m, dado a sondagem SPT abaixo. Fonte:  Exercícios Resolvidos PROF. ILTON 2)Determine a dimensão mínima de uma sapata quadrada, na cota -1m, que consiga suportar uma carga de 972,8 kN, dado a sondagem SPT abaixo. Fonte:  Métodos teóricos PROF. ILTON Fonte:  MODOS DE RUPTURA PROF. ILTON A capacidade de carga geotécnica está associado um mecanismo de ruptura Ruptura do tipo frágil (ruptura geral): em que a sapata pode girar, levantando uma porção de solo para cima da superfície do terreno. Ruptura do tipo dúctil (ruptura por puncionamento): caracterizada por deslocamentos significativos da sapata para baixo, sem desaprumar. Ruptura local, que ocorre nos solos de média compacidade ou consistência (areias medianamente compactas e argilas médias), sem apresentar um mecanismo típico, constituindo um caso intermediário dos outros dois modos de ruptura. Fonte:  MODOS DE RUPTURA PROF. ILTON A capacidade de carga geotécnica está associado um mecanismo de ruptura Ruptura geral: em que a sapata pode girar, levantando uma porção de solo para cima da superfície do terreno. Fonte:  MODOS DE RUPTURA PROF. ILTON Fonte:  MODOS DE RUPTURA PROF. ILTON A capacidade de carga geotécnica está associado um mecanismo de ruptura Ruptura por puncionamento: caracterizada por deslocamentos significativos da sapata para baixo, sem desaprumar. Fonte:  MODOS DE RUPTURA PROF. ILTON Fonte:  MODOS DE RUPTURA PROF. ILTON Fonte:  CAPACIDADE DE CARGA DOS SOLOS PROF. ILTON A capacidade de carga dos solos varia em função dos seguintes parâmetros: Do tipo e do estado do solo (areias e argilas nos vários estados de compacidade e consistência); Da profundidade da fundação (rasa ou profunda); Da dimensão e da forma da sapata (sapatas corridas, retangulares, quadradas ou circulares). Fonte:  TEORIA DE TERZAGHI (1943) PROF. ILTON Fonte:  CAPACIDADE DE CARGA DOS SOLOS PROF. ILTON Fonte:  TEORIA DE TERZAGHI (1943) PROF. ILTON Terzaghi (1943) considera três hipóteses básicas: 1) trata-se de uma sapata corrida, isto é, o seu comprimento L é bem maior do que a sua largura B (L ≥ 5 B), simplificando o problema para um caso bidimensional; 2) a profundidade de embutimento da sapata é inferior à largura da sapata (h ≤ B), o que permite desprezar a resistência ao cisalhamento da camada de solo situada acima da cota de apoio da sapata e, assim, substituir essa camada de espessura h e peso específico γ por uma sobrecarga q = γ h; 3) o maciço de solo sob a base da sapata é rígido (pouco deformável), caracterizando o caso de ruptura geral. Fonte:  TEORIA DE TERZAGHI (1943) PROF. ILTON Terzaghi e Peck (1967) apresentam uma equação geral de capacidade de carga na ruptura geral, que considera a forma da sapata. Essa equação é válida para uma sapata com diâmetro B embutida em um solo compacto ou rijo. Fonte:  TEORIA DE TERZAGHI (1943) PROF. ILTON Na Figura, são apresentados os gráficos de Nc e Nq bem como são plotados os valores de Nγ de Meyerhof (1955) para um solo compacto ou rijo em linhas contínuas. Fonte:  TEORIA DE TERZAGHI (1943) PROF. ILTON Na impossibilidade de realizar um desenvolvimento teórico para a capacidade de carga de solos fofos ou moles, Terzaghi (1943) propõe a utilização da mesma equação da ruptura geral, mas efetua uma redução empírica nos parâmetros de resistência do solo (c e Φ), da seguinte maneira: Obs: Deve-se usar os valores de N’ : Fonte:  TEORIA DE TERZAGHI (1943) PROF. ILTON Na impossibilidade de realizar um desenvolvimento teórico para a capacidade de carga de solos fofos ou moles, Terzaghi (1943) propõe a utilização da mesma equação da ruptura geral, mas efetua uma redução empírica nos parâmetros de resistência do solo (c e Φ), da seguinte maneira: Fonte:  TEORIA DE TERZAGHI (1943) PROF. ILTON c) Ruptura local (areias medianamente compactas e argilas médias): Usar a mesma expressão, porém com os valores médios de N e N’. Fonte:  Coeficientes de Redução dos Fatores de Capacidade de Carga para PROF. ILTON Esforços Inclinados Fonte:  Influência do Nível d’Água PROF. ILTON Caso I: Caso II: Fonte:  Influência do Nível d’Água PROF. ILTON Caso I: Quando o nível d’água está situado acima da cota de apoio da fundação, tem-se que a tensão efetiva (q) é dada por: 𝑞 = 𝛾𝑛𝑎𝑡 𝐻 − 𝐻𝑓 + 𝛾𝑠𝑎𝑡 𝐻𝑓 Fonte:  Influência do Nível d’Água PROF. ILTON Caso II: Quando o nível d’água está situado abaixo da cota de apoio da fundação. Dessa forma, o valor do peso específico do solo utilizado no terceiro termo da equação de Terzaghi deve ser corrigido de acordo com as seguintes condições: Fonte:  Correlações semiempíricas da geotecnia brasileira PROF. ILTON De maneira geral, os valores do peso específico do solo (γ), ângulo de atrito (ϕ) e coesão (c) são obtidos a partir da realização de ensaios de laboratório. No entanto, existem algumas correlações semiempíricas da geotecnia brasileira que utilizam dados do NSPT para obtenção do ângulo de atrito e coesão, conforme a seguir: Coesão em kPa - Teixeira e Godoy (2016) : Ângulo de atrito: Fonte:  Correlações semiempíricas da geotecnia brasileira PROF. ILTON Peso específico do solo (γ) Fonte:  Correlações semiempíricas da geotecnia brasileira PROF. ILTON Peso específico do solo (γ) Fonte:  Prova de Carga em Fundação Direta ou Rasa PROF. ILTON Prova de Carga em Fundação Direta ou Rasa Fonte:  Prova de Carga em Fundação Direta ou Rasa PROF. ILTON Prova de Carga em Fundação Direta ou Rasa Fonte:  Exercícios Resolvidos PROF. ILTON 1)Determinar a tensão admissível de um solo cuja envoltória de resistência de ensaios rápidos é τ = 15 + σ · tan 20° (em kPa) e γ = 14 kN/m³, para uma sapata de 2,5 m × 4,0 m, apoiada a 1,5 m de profundidade em uma areia fofa (utilize o método de Terzaghi). Indicar também a máxima carga que pode ser aplicada na sapata.  rup = ?  adm = ? Fonte:  Exercícios Resolvidos PROF. ILTON 2)Para o solo representado por sua envoltória de ensaios triaxiais rápidos, calcular a capacidade de carga para uma sapata circular, de 2,0 m de diâmetro, apoiada a 2,0 m de profundidade. O subsolo local é composto por argila siltosa média, marrom-clara (utilize o método de Terzaghi). Fonte:  Exercícios Resolvidos PROF. ILTON 3) Calcular a tensão admissível para uma fundação corrida de 2,0 m de largura, apoiada a 1,8 m de profundidade e nível d’água a 1,2 m, apoiada em uma camada homogênea de argila rija cuja resistência à compressão simples é de 150 kPa e o peso específico natural é de 15 kN/m3. Fonte:  Exercícios Resolvidos PROF. ILTON 4) Calcular a tensão admissível para uma sapata quadrada de lado (B) igual a 3,0 m, apoiada a 2,0 m de profundidade e nível d’água a 3,5 m, sobre uma camada homogênea de areia média, compacta, conforme figura abaixo. Para tanto, utilize o método de Terzaghi. Fonte:  PROF. ILTON PROJETO DE FUNDAÇÕES  PROF. ILTON ELEMENTOS DE UMA EDIFICAÇÃO: A) SUPERESTRUTURA: Parte da obra a qual foi construída para suprir uma determinada necessidade, por exemplo: Edifícios (moradia), pontes (travessia de vales, rios, estradas), etc. B) MESOESTRUTURA: Parte da obra a qual consiste em conduzir as cargas recebidas da superestrutura até as fundações, por exemplo: pilares (coluna). C) INFRA-ESTRUTURA: Parte da obra destinada a transferir para o solo as cargas da estrutura por exemplo: sapata, bloco, estacas, tubulões, etc.  PROF. ILTON ELEMENTOS DE UMA EDIFICAÇÃO: Fundações superficiais (ou "diretas" ou rasas); Fundações profundas; Fundações Mistas;  PROF. ILTON ELEMENTOS DE UMA EDIFICAÇÃO: 3.28 fundação rasa (direta ou superficial) elemento de fundação cuja base está assentada em profundidade inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação, recebendo aí as tensões distribuídas que equilibram a carga aplicada; para esta definição adota-se a menor profundidade, caso esta não seja constante em todo o perímetro da fundação.  PROF. ILTON ELEMENTOS DE UMA EDIFICAÇÃO: 3.27 fundação profunda: elemento de fundação que transmite a carga ao terreno ou pela base (resistência de ponta) ou por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas, sendo sua ponta ou base apoiada 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. Neste tipo de fundação incluem-se as estacas e os tubulões  PROF. ILTON Fundação Mista:  CAMADAS RESISTENTES E TIPOS DE FUNDAÇÃO PROF. ILTON INDICADAS Se solos A=B=C têm características iguais de resistência, é possível implantar a fundação em A; Se só A é resistente, deve-se apoiar fundações de estruturas leves, cuja carga limite deve ser determinada por análise de recalque; Se A é solo fraco e B é resistente, a fundação é do tipo profunda, atendendo-se para a carga limite em função da resistência de C; Se A=B são solos fracos e C resistente, o apoio da fundação deverá ser em C.  PROF. ILTON PRINCIPAIS TIPOS DE FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS bloco - elemento de concreto simples, dimensionado de modo que tensões de tração nele produzidas possam ser resistidas pelo concreto, sem necessidade de armadura; sapata - elemento de fundação superficial de concreto armado, dimensionado de modo que as tensões de tração sejam resistidas por armadura (tem menor altura que o bloco); sapata corrida - sapata sujeita a carga distribuída;  PROF. ILTON PRINCIPAIS TIPOS DE FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS  PROF. ILTON PRINCIPAIS TIPOS DE FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS viga de fundação - elemento de fundação superficial comum a vários pilares, cujos centros situam num mesmo alinhamento; radier - elemento de fundação que recebe todos os pilares da obra; sapata associada - recebe parte dos pilares da obra, o que a difere do radiers, pilares estes não alinhados, o que a difere da viga de fundação;  PROF. ILTON PRINCIPAIS TIPOS DE FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS  PROF. ILTON PRINCIPAIS TIPOS DE FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS  PROF. ILTON PRINCIPAIS TIPOS DE FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS  PROF. ILTON PRINCIPAIS TIPOS DE FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS  PROF. ILTON PRINCIPAIS TIPOS DE FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS  PROF. ILTON DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES EM FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS - BOUSSINESQ Determine a resultante da tensão vertical na sapata 2 a 3m de profundidade. Considere o carregamento nas sapata como uma carga pontual de 60 kN.  PROF. ILTON DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES EM FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS - BOUSSINESQ  PROF. ILTON ELEMENTOS DE UMA EDIFICAÇÃO:  PROF. ILTON NBR 6122 7.7.1 Dimensão mínima Em planta, as sapatas isoladas ou os blocos não podem ter dimensões inferiores a 60 cm. 7.7.2 Profundidade mínima Nas divisas com terrenos vizinhos, salvo quando a fundação for assente sobre rocha, a profundidade de apoio não pode ser inferior a 1,5 m. Em casos de obras cujas sapatas ou blocos tenham, em sua maioria, dimensões inferiores a 1,0 m, essa profundidade mínima pode ser reduzida. A cota de apoio de uma fundação deve ser tal que assegure que a capacidade de suporte do solo de apoio não seja influenciada pelas variações sazonais de clima ou por alterações de umidade.  PROF. ILTON 7.7 Critérios adicionais 7.7.3 Lastro Todas as partes da fundação rasa (direta ou superficial) em contato com o solo (sapatas, vigas de equilíbrio etc.) devem ser concretadas sobre um lastro de concreto não estrutural com no mínimo 5 cm de espessura, a ser lançado sobre toda a superfície de contato solo-fundação. No caso de rocha, esse lastro deve servir para regularização da superfície e, portanto, pode ter espessura variável, observado, no entanto o mínimo de 5 cm.  PROF. ILTON 7.7 Critérios adicionais 7.7.4 Fundações em cotas diferentes No caso de fundações próximas, porém situadas em cotas diferentes, a reta de maior declive que passa pelos seus bordos deve fazer, com a vertical, um ângulo α, como mostrado na Figura 2, com os seguintes valores: a) solos pouco resistentes: α ≥ 60°; b) solos resistentes: α ≥ 45°; e c) rochas: α ≥ 30°.  PROF. ILTON 7.7 Critérios adicionais 7.7.4 Fundações em cotas diferentes  PROF. ILTON ELEMENTOS NECESSÁRIOS AO PROJETO (1) Topografia da área - Levantamento topográfico (planialtimétrico); - Dados sobre taludes / encostas e erosões.  PROF. ILTON ELEMENTOS NECESSÁRIOS AO PROJETO (2) Dados geológico-geotécnicos - Investigação do subsolo; - Mapas, fotos aéreas e levantamentos aerofotogramétricos, artigos sobre experiências anteriores na área, etc..  PROF. ILTON ELEMENTOS NECESSÁRIOS AO PROJETO (3) Dados da estrutura a construir - Tipo e uso que terá a nova obra; - Sistema estrutural e construtivo; - Cargas (ações nas fundações).  PROF. ILTON ELEMENTOS NECESSÁRIOS AO PROJETO (4) Dados sobre construções vizinhas - Número de pavimentos, carga média por pavimento; - Tipo de estrutura e fundações e desempenho; - Existência de subsolo. - Consequências de escavações / vibrações provocadas pela obra.  PROF. ILTON ELEMENTOS NECESSÁRIOS AO PROJETO (5) Aspectos Econômicos: Além do custo direto para a execução do serviço, deve-se considerar o prazo de execução. Há situações em que uma solução mais custosa oferece uma prazo de execução menor, tornando mais atrativa.  PROF. ILTON ELEMENTOS NECESSÁRIOS AO PROJETO  PROF. ILTON ELEMENTOS NECESSÁRIOS AO PROJETO 2. AÇÕES NAS ESTRUTURAS (a) Ações permanentes: valores constantes durante praticamente toda a vida da obra (peso próprio das fundações). (b) Ações variáveis: valores que apresentam variações significativas em torno da média (vento). (c) Ações excepcionais: tem duração extremamente curta e muita baixa probabilidade de ocorrência durante a vida da obra (sismo).  PROF. ILTON ELEMENTOS NECESSÁRIOS AO PROJETO 2. Critérios para combinação dessas ações na verificação do estado limite de uma estrutura: (a) ELU - Estado limite último (associado a colapso parcial ou total da obra). (b) ELS - Estado limite de serviço (quando ocorrem deformações, e fissuras que comprometem o uso da obra)  PROF. ILTON ELEMENTOS NECESSÁRIOS AO PROJETO  PROF. ILTON OBRIGADO! [email protected]