Aula_10_-_Funda__es_Profundas_-_carga_admiss_vel

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FUNDAÇÕES E CONTENÇÕES
Aula 10: Fundações profundas – carga admissível
Curitiba, 16 de maio de 2022.
Prof.ª MSc. Larissa Vieira
CARGA ADMISSÍVEL
𝑃𝑎 =
𝑅
𝐹𝑆
Pa = carga admissível do estaqueamento;
R = capacidade de carga média do estaqueamento;
FS = fator de segurança global
Fator de segurança: métodos semiempíricos
NBR 6122/2019:
Carga de catálogo (Pe):
É a carga admissível do elemento estrutural da estaca, indicada no catálogo
do fabricante ou executor da estaca, em função da seção transversal do fuste
e do tipo da estaca.
Como a carga de catálogo é definida inicialmente, ela passa a representar o
limite superior para a carga admissível da fundação:
Pa ≤ Pe
Exemplos:
(tabelas para demais tipos de estaca no livro)
Escolha do tipo de estaca
• Dados da edificação: tipo, porte, localização, valores das cargas dos pilares
etc.;
• Dados do terreno: sondagem SPT;
• Localização: vizinhança pode restringir alguns tipos de fundação
(necessidade de limitação dos níveis de ruído e/ou vibração);
• Distância de centros urbanos: disponibilidade de equipamentos para
certos tipos de fundação;
• Grandeza das cargas de pilar pode excluir determinados tipos de estaca,
bem como a posição do nível d’água.
A análise dos dados da edificação e do terreno permite delimitar os tipos de
fundação tecnicamente viáveis, recaindo a escolha final sobre os fatores
custo e prazo de execução.
Escolha do tipo de estaca
• Se a variação das cargas de pilar for muito ampla, é possível trabalhar com
dois ou até três diâmetros diferentes no mesmo projeto (cada diâmetro é
considerado estaqueamento separado, com sua carga admissível);
• Devem ser considerados dois aspectos relativos à exequibilidade:
1) Comprimento máximo da estaca limitado pelo equipamento
disponível;
2) Redução da eficiência do equipamento com o aumento da resistência
do solo, podendo provocar a parada da estaca → limites máximos
para a penetrabilidade no terreno (cravabilidade ou escavabilidade)
Escolha do tipo de estaca
Metodologias de projeto
• Um projeto de fundações deve prever a cota de parada das estacas e
fixar a carga admissível;
• Pode-se trabalhar com a sondagem média (média do resultado de vários
furos de SPT); ou dividir o estaqueamento em regiões de abrangência de
cada furo de sondagem e analisar separadamente cada uma das regiões.
• Cintra e Aoki (2000, 2001) propõem três metodologias de projeto,
apresentadas a seguir
1ª metodologia
• Escolhido o tipo de estaca e o diâmetro (ou seção transversal do fuste),
temos a correspondente carga de catálogo;
• Então, adotamos a carga admissível como sendo a própria carga de
catálogo;
• Multiplicando a carga de catálogo (aqui considerada como carga admissível)
pelo fator de segurança, é obtida a capacidade de carga.
• Em seguida, por tentativas e utilizando um dos métodos semiempíricos,
procuramos o comprimento da estaca (L) compatível com a capacidade de
carga obtida.
Pa = Pe → R = Pa . FS → L
2ª metodologia
• Uma limitação do equipamento pode impor um comprimento máximo
(Lmáx) exequível para a estaca;
• Então, adotamos o comprimento da estaca como sendo o comprimento
máximo;
• Calculamos a capacidade de carga por um dos métodos semiempíricos;
• Aplicamos o fator de segurança e chegamos à carga admissível
L = Lmáx → R → Pa = R/FS
3ª metodologia
• De acordo com a Tabela 2.7, para cada tipo de estaca há uma faixa de
valores de NSPT que provocam a parada da estaca, devido à ineficiência do
equipamento a partir desses valores;
• Então, buscamos nas sondagens os valores de NSPT que estão dentro desses
limites, os quais indicam as prováveis cotas de parada e os prováveis
comprimentos da estaca (L);
• Para cada um dos comprimentos, calculamos a capacidade de carga e a
carga admissível.
Nlim → L → R → Pa = R/FS
Interdependência das metodologias
As três metodologias são interdependentes, ou seja, a escolha por uma delas
não significa que ela possa ser seguida até o final... Sempre devem ser
verificadas todas as metodologias!
• Quando começamos pela 1ª metodologia, pode ocorrer que o
comprimento encontrado para a estaca seja superior ao máximo exequível.
Nesse caso, adotamos L = Lmáx e passamos para a 2ª metodologia; ou
• Se encontrarmos um comprimento L que, para ser atingido, exigiria
atravessar camadas com NSPT além dos limites de eficiência do
equipamento. Nesse caso mudamos para a 3ª metodologia.
Interdependência das metodologias
• Quando começamos pela 2ª metodologia, pode resultar uma carga
admissível superior à carga de catálogo, o que indica a necessidade de
passar para a 1ª metodologia;
• Ou encontramos um comprimento L que, para ser atingido, exigiria
atravessar camadas com NSPT além dos limites de eficiência do
equipamento. Nesse caso mudamos para a 3ª metodologia.
Interdependência das metodologias
• Quando começamos pela 3ª metodologia, pode resultar um carga
admissível superior à carga de catálogo, o que indica a necessidade de
passar para a 1ª metodologia;
• Ou pode ocorrer que o comprimento encontrado para a estaca seja
superior ao máximo exequível. Nesse caso, adotamos L = Lmáx e passamos
para a 2ª metodologia
Interdependência das metodologias
Exercício 2 (Capítulo 2 Livro Fundações por Estacas)
Para os mesmos dados do Exercício 1, determinar a carga admissível do
estaqueamento:
a) Considerando que 12 m é o máximo comprimento disponível dessa
estaca, e que não há possibilidade de emenda
b) Considerando a possibilidade de emendar as estacas.
Dados do Exercício 1:
• Estacas pré-moldadas de concreto centrifugado
• Diâmetro de 0,33 m
• Carga de catálogo de 750 kN
Solução:
a) A opção por não emendar as estacas impõe L =Lmáx = 12 m, condição
esta para qual encontramos R = 950 kN (Exercício 1).
Vamos revisar o Exercício 1:
1) Considerando estacas pré-moldadas de concreto centrifugado, com
diâmetro de 0,33 m, carga de catálogo de 750 kN e comprimento de 12 m,
cravadas em local cuja sondagem é apresentada na figura a seguir, com ponta
à cota -13 m, fazer a previsão da capacidade de carga dessa fundação
utilizando o Método Aoki-Velloso.
Fatores de correção: estaca pré-moldada de concreto com D = 0,33 m
F1 = 1 +
D
0,80
= 1 +
0,33
0,80
= 𝟏, 𝟒𝟏
F2 = 2 F1 = 2 . 1,41 = 𝟐, 𝟖𝟐
Resistência lateral:
-1 a -6 m: areia argilosa
Nméd =
5 + 2 + 3 + 2 + 4
5
≅ 3
-1
ou NL
Resistência lateral:
-1 a -6 m: areia argilosa
Resistência lateral:
-1 a -6 m: areia argilosa
RL1 =
∝ .K . NL
F2
. U . ∆L
RL1 =
0,03 . 600 . 3
2,82
. π. 0,33 . 5
K = 0,60 MPa = 600 kPa
U = π . D (perímetro da seção circular)
𝐑𝐋𝟏 = 𝟗𝟗 𝐤𝐍
Resistência lateral:
-6 a -11 m: areia argilosa
Nméd =
4 + 7 + 9 + 9 + 7
5
≅ 7
ou NL
Resistência lateral:
-6 a -11 m: areia argilosa
Resistência lateral:
-6 a -11 m: areia argilosa
RL2 =
∝ . K . NL
F2
. U . ∆L
RL2 =
0,03 . 600 . 7
2,82
. π. 0,33 . 5
K = 0,60 MPa = 600 kPa
U = π . D (perímetro da seção circular)
𝐑𝐋𝟐 = 𝟐𝟑𝟐 𝐤𝐍
Resistência lateral:
-11 a -13 m: areia argilosa
Nméd =
7 + 9
2
≅ 8
ou NL
-13
Resistência lateral:
-11 a -13 m: areia argilosa
Resistência lateral:
-11 a -13 m: areia argilosa
RL3 =
∝ . K . NL
F2
. U . ∆L
RL3 =
0,03 . 600 . 8
2,82
. π. 0,33 . 2
K = 0,60 MPa = 600 kPa
U = π . D (perímetro da seção circular)
𝐑𝐋𝟑 = 𝟏𝟎𝟔 𝐤𝐍
Resistência lateral total:
RL = RL1 + RL2 + RL3
RL = 99 + 232 + 106 = 𝟒𝟑𝟕 𝐤𝐍
RL1
RL2
RL3
Capacidade de carga:
R = RL + RP = 437 + 510 = 947 ≅ 950 kN
Resistência de ponta (cota -13 m):
Areia argilosa com NSPT = 14
-13
RP =
K .NP
F1
. AP
RP =
600 . 14
1,41
.
𝜋 (0,33)²
4
𝐑𝐏 = 𝟓𝟏𝟎 𝐤𝐍
Retornando à solução do Exercício 2(a):
A opção por não emendar as estacas impõe L = Lmáx = 12 m, condição esta
para qual encontramos R = 950 kN (Exercício 1).
Examinando as três metodologias:
1ª metodologia:
Pa = Pe = 750 kN
Pa = R/FS → R = FS . Pa
R = 2 . 750 = 1.500 kN
Para atingir R = 1500 kN, é necessário que L>> 12 m → não verifica
2ª metodologia:
L = Lmáx = 12 m → ok
R < 1.500 kN e NSPT = 14 < Nlim
-13
3ª metodologia:
25 < NSPT < 35 → L = 19 a 23 m
(obtido no perfil SPT)
Resultam em L >> 12 m → não
verifica
-20
25 < NSPT < 35
Portanto, prevaleceu a 2ª metodologia, com L = 12 m e R = 950 kN.
Aplicando o fator de segurança igual a 2, temos a carga admissível:
Pa =
R
FS
=
950
2
= 475 ≅ 500 kN
b) Considerando a possibilidade de emendar as estacas
Neste caso, fica descartada a 2ª metodologia, já que não há comprimento
máximo estabelecido.
Examinemos as outras duas metodologias, começando pela primeira:
1ª metodologia:
Vamos, por tentativas, procurar o comprimento da estaca necessário para que
Pa = Pe = 750 kN
Aproveitando os dados obtidos do Exercício 1, vamos recalcular apenas a
última parcela da resistência lateral (RL3) e a resistência de ponta (Rp)
Ou seja, vamos recalcular a capacidade de carga e respectiva carga admissível
aumentando o comprimento da estaca de 1 em 1 metro, até encontrar Pa = Pe
= 750 kN
Logo, pela primeira metodologia, a estaca deverá ter a ponta na cota -18 m (L
= 17 m), com Pa =750 kN.
3ª metodologia:
Pela 3ª metodologia, temos os valores limites de NSPT que correspondem à
parada da estaca, no caso de pré-moldada com diâmetro superior a 0,30 m
(Tabela 2.7):
25 < NSPT < 35
O que levaria a estaca até as cotas -20 a -24 metros (L = 19 a 23 m). Esses
comprimentos de estaca, porém, resultariam em cargas admissíveis bem
superiores ao limite máximo imposto pela carga de catálogo (Pe =750 kN)
Portanto, prevalece a 1ª metodologia, com L = 17 m e Pa =750 kN.