Aula 10 e 11 _ Fundações Profundas - Capacidade de carga 3

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ENGENHARIA CIVIL
Fundações 
Engenharia Civil
FUNDAÇÕES 
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Almeida 
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UNIVERSIDADEFEDERALDOSVALESDOJEQUITINHONHAEMUCURI 
INSTITUTO DECIÊNCIA,ENGENHARIAETECNOLOGIA
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FUNDAÇÕES
AULA 10 e 11 : Fundação Profunda 
• Capacidade de carga de fundação profunda
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A u l a 1 1 
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Carga admissível sobre uma estaca ou tubulão
• Força aplicada sobre a estaca ou o tubulão isolado, 
provocando apenas recalques que a construção pode 
suportar sem inconvenientes e oferecendo, 
simultaneamente, segurança satisfatória contra a ruptura 
ou o escoamento do solo ou do elemento de fundação.
CAPACIDADE DE CARGA DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS
A u l a 1 1 
CAPACIDADE DE CARGA DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS
• A estimativa da Capacidade de Carga de ruptura de 
uma fundação profunda tem por objetivo:
evitar seu colapso ( elemento estrutural), ou evitar o
escoamento do solo que lhe confere sustentação,
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CAPACIDADE DE CARGA DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS
• A capacidade de carga de ruptura de uma fundação
profunda é definida pelo menor dos dois valores
seguintes:
• a) resistência estrutural do material que compõe o 
elemento de fundação;
• b) resistência do solo que lhe confere suporte.
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CAPACIDADE DE CARGA DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS
• A capacidade de carga de ruptura ( última) Pu de uma 
fundação profunda do tipo estaca se compõe de duas 
parcelas:
• A resistência de atrito lateral (Psu) e,
• A resistência de ponta (Pbu ).
• (Qu) Pu = Psu (RA) + Pbu (Rp)
• (Qu) Pu= capacidade de carga de uma fundação
• (Ra) Psu= resistência atrito lateral
• (Rp) Pbu- resistência de ponta
• Obs.: (em tubulões despreza-se frequentemente o atrito lateral)
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CAPACIDADE DE CARGA DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS
• (Qu) Pu = (RA) Psu + (Rp)Pbu
• Pu= capacidade de carga de uma
fundação
• Psu= resistência atrito lateral
• Pbu= resistência de ponta
Pu (Qu)
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CAPACIDADE DE CARGA DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS
Determinação da Capacidade de Carga
• A determinação da capacidade de carga de uma estaca
isolada pode ser feita por :
• Métodos Estáticos - fórmulas estáticas (teóricas ou 
semi-empíricas),
• Métodos Dinâmicos - fórmulas dinâmicas, ou provas de 
carga.
• Existem várias teorias de estimativa de capacidade de 
carga, devidas a diferentes autores.
• Métodos Estáticos - Formulação Estática(teóricas ou 
semi- empíricas)
• Utiliza-se de métodos convencionais da Mecânica dos 
Solos para a avaliação, a partir de parâmetros previamente 
determinados.
• Métodos Dinâmicos - Formulação Dinâmica
• Utiliza-se de dados obtidos no campo, na cravação da
estaca
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CAPACIDADE DE CARGA DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS
• Prova de Carga
• A avaliação da carga (força) de ruptura de uma estaca pode 
ser feita através da interpretação das curvas carga-recalque 
obtidas de provas de carga estáticas executadas por diversos 
métodos.
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CAPACIDADE DE CARGA DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS
Cálculo da Capacidade de Carga 
Métodos Estáticos (semi-empíricos)
Os métodos semi-empíricos são relações relativamente 
simples, porém baseados em experiência dos seus
autores - com base em estudos estatísticos - e que devem ser 
aplicados com bastante propriedade.
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CAPACIDADE DE CARGA DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS
• Métodos Direto
Método - Luciano Decourt 
Método - AoKi - Velloso
São procedimentos de cálculo da capacidade de 
carga das fundações profundas encontrados na 
literatura especializada e mais utilizados em nosso 
país.
Métodos Diretos para Cálculo da Capacidade de Carga
por meio do SPT.
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Cálculo da
capacidade de carga
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Qu
Ra
Rp
z
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Método –Luciano Decourt
Resistência de Ponta
• Para a resistência de ponta Rp toma-se a média do valor N 
correspondente à ponta da estaca, o imediatamente anterior e o 
imediatamente posterior.
Ni = (Nj-1)+ Nj+ Nj+1
3
• Obs.: Na determinaçãodo N médio: os valores de N menoresque 3 devem 
ser considerados iguais a 3 e os maiores que 50 devem ser considerados 
iguais a 50.
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Qu
Rp=C.N. Sp
Adesão lateral(fs)
TABELA I
N (SPT) médio 
ao longo do
fuste
Adesã
o (fs) 
t/m2
≤3 2
6 3
9 4
12 5
≥15 6
Coesão ponta(C)
TABELA II
SOLO C
(t/m2)
Argilas 12
Silte Argiloso 20
Silte Arenoso 25
Areias 40
z
Ra=Sl.fs
Método-Luciano Decourt
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Método Luciano Decourt
Coeficiente de segurança
A carga admissível de uma estaca é determinada 
aplicando-se à soma das cargas de ponta e lateral _um 
coeficiente de segurança global igual 1,3 para a 
resistência ao atrito lateral e 4 para ponta:
F1= 1,3
F2= 4
𝑄𝑢 = Q𝐴 + Q𝑝
1,3 4
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Método Luciano
Decourt
O coeficiente de segurança global F pode ser escrito:
F = Fp.Ff .Fd .Fw onde:
Fp = Coeficiente de segurança relativo aos parâmetros do solo
( = 1,1 para o atrito lateral; 1,35 para a resistência de ponta ).
Ff = Coeficiente de segurança relativo à formulação adotada ( = 1,0 ).
Fd = Coeficiente de segurança para evitar recalques excessivos 
( = 1 para o atrito lateral; = 2,5 para a resistência de ponta ).
Fw = Coeficiente de segurança relativo à carga de trabalho da estaca (= 1,2 ). 
Com isso, ter-se-á:
Fs = 1,1x 1,0 x1,0 x1,2 = 1,32 = 1.3• para a Resistência Lateral:
• para a Resistência de Ponta: Fp = 1,35 x1,0 x2,5 x 1,2 = 4,05 = 4
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Exercício 1:
a) Calcular a carga admissível (Qadm) para uma estaca de seção 25x25 cujo 
solo ao longo do perfil foi classificado como Silte Argiloso.
Coeficiente de Segurança : F1(lateral)= 1,3 F2(ponta)=4
Sl = 4x0,25.1 =1,00 Sp= 0,25
X0,25=0,0625
Nponta = (Nj-1)+ Nj+ Nj+1 fs= N +1
3 3
b) Estabelecer o comprimento da estaca para uma carga admissível de projeto de 25 tf. 
Z= 5m Qu= 63,17 tf Qadm= 29,55tf
Cálculo da capacidade de carga 
Método Luciano Decourt
COTA N Sl fs Slxfs Ra C Sp Np Rp Qu Qad
m SPT m2 (t/m2) (t) (t) (t/m2) (m2) (t) (t) t
1,00 4 1,00 2,50 2,50 2,50
2,00 17 1,00 6,00 6,00 8,50
3,00 20 1,00 6,00 6,00 14,50 20,00 0,06 19,00 23,75 38,25 17,09
4,00 20 1,00 6,00 6,00 20,50 20,00 0,06 24,67 30,83 51,33 23,48
5,00 34 1,00 6,00 6,00 26,50 20,00 0,06 29,33 36,67 63,17 29,55
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Capacidade de Carga de Tubulões
❑ Toda a carga aplicada a um tubulão 
será suportada pelo solo sob a base
❑ Como são fundações profundas, a 
teoria de Terzaghi não propicia boas 
previsões
❑ Teoria de Meyerhoff adaptada para 
a ruptura localizada dos tubulões
proj
b
N

A =
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Capacidade de Carga de Tubulões
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Nc Nq
fatores de capacidade de carga de Meyerhoff
Nγ
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Capacidade de Carga de Tubulões
**
2
q
s
u c
qN
K
q =1,3cN +
Nc*, Nq* = fatores de capacidade de carga de Meyerhoff
q = tensão vertical efetiva na cota da base do tubulão
Ks = coeficiente de empuxo próximo à base
0,95 − sin ' → argilas
1− sin ' → areias e siltes
Ks = K0 = 
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Capacidade de Carga de Tubulões
**
2
q
s
u c
qN
K
q =1,3cN +
Obs.: Para usar a equação de Meyerhoff para tubulões, 
recomenda-se alterar os de valores de “c” e de “ɸ”, para 
representar melhor a ruptura localizada, exceto para o 
cálculo de Ks.
c* = 2 3c
*  tg* = 2 3tg proj proj
=
qu 
FS
q =
FS = 2,0
(fundações profundas)
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Capacidade de Carga de Estacas
❑ Em estacas a carga última é dada pela
soma da parcela de atrito lateral (PL) e
da ponta (PP)
❑ As parcelas de atrito lateral e de ponta 
ocorrem para diferentes valoresde 
recalque
❑ Atrito lateral
◼ → cisalhamento, pequenas deformações
❑ Resistência de Ponta
◼ → compressão, grandes deformações
Pu = PL + PP
PL
PP
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Capacidade de Carga de Estacas
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• Pu= capacidade de carga de uma
fundação
• PL= resistência atrito lateral
• Pp= resistência atrito de ponta
Capacidade de Carga de Estacas
❑ Para garantir uma menor deformação da estaca na carga de 
trabalho, recomenda-se:
PL +
PP


 2
+ P P
1,3 4
 L P
proj
P
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Capacidade de Carga de Estacas
◼ Parcelas de carga
◼ (A) Na ponta:
❑ σpmax = tensão máxima à compressão no solo sob a ponta da 
estaca
❑ Ap = área da ponta
◼ (B) Atrito lateral:
❑ τ = tensão cisalhante máxima na interface estaca-solo
❑ AL = área lateral da estaca
❑ Solo estratificado
PP = p max  Ap
PL =  AL
n
PL = iAL i
i=1
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Capacidade de Carga de Estacas
◼ Tensões máximas
❑ (A) Na ponta:
◼ Usa-se a teoria de Meyerhoff:
◼ Para estacas NÃO se reduzem os valores de “c” e “ø”
❑ (B) Na lateral:
◼ A partir da resistência do solo:
**
2
q
s
u c
qN
K
q =1,3cN +
tan'n = a +
'
n v 0 K = 
a = c 2
 → tan  = 2 3 tan 
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Capacidade de Carga de Estacas
◼ Tensões máximas
❑ (B) Na lateral:
◼ Como a tensão vertical varia linearmente com a profundidade, 
pode-se estimar a tensão no ponto médio de cada subcamada
tan'n = a +
0
 ' = K
n v
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Nc Nq
Atrito Negativo
◼ Atrito lateral estaca solo
❑ Deslocamento relativo entre o solo e a estaca
❑ Atrito positivo
◼ A estaca recalca mais que o solo envolta
◼ Capacidade de carga geotécnica
❑ Atrito negativo
◼ O solo recalca mais que a estaca
◼ A estaca é sobrecarregada
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Atrito Negativo
◼ Causa principal
❑ Recalque da camada compressível devido à atuação de 
sobrecargas (aterros, estoque de materiais, etc) e 
adensamento
As estacas limitam o 
recalque na região 
onde são instaladas
Alonso (1989)
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Atrito Negativo
◼ Estimativa de Qn (Alonso, 1989)
Qn =U (l  rl )
U = perímetro da estaca
Δl = trechos de solo com rl constante 
rl = adesão estaca-solo
Valorde rl
• Se for argila mole = coesão das argilas
• Pode ser adotado igual ao atrito lateral no caso de aterros
Estacas pré-moldadas
• rl não deverá exceder o peso do volume de solo amolgado
( deformado)
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Atrito Negativo
Estacas pré-moldadas
• rl não deverá exceder o peso do volume de solo amolgado
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Atrito Negativo
◼ Estimativa de Qn (Velloso e Lopes, 2010)
Q = U l   tan
a = aderência estaca-solo (geralmente desprezada)
σ’v = tensão vertical efetiva junto da estaca na profundidade em estudo 
K = coeficiente de empuxo lateral (≠ K0)
δ = ângulo de atrito solo-estaca
'
n n n v
= a + K
''
v0vn
 = K  tan  = 
βξ = fator que considera a redução da 
tensão vertical efetiva geostática em 
decorrência da transferência de carga 
para o solo
σ’v0 = tensão vertical efetiva geostática
na profundidade em estudo
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Atrito Negativo
◼ Estimativa de Qn (Velloso e Lopes, 2010)
❑ Sugestões de valores de βξ (Long e Healy, 1974):
'
n v0 = 
Solo βξ
Argilas 0,20 a 0,25
Siltes 0,25 a 0,35
Areias 0,35 a 0,50 Qn = n U l
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Atrito Negativo
◼ Exemplo:
❑ Calcular o atrito negativo em uma estaca tipo escavada (com 
D = 50cm) que atravessa uma camada de aterro de 4 m de 
espessura constituído de uma argila arenosa.
❑ Dados:
◼ Coesão = 10 kPa
◼ Ângulo de atrito = 22º
◼ Peso específico do solo = 16 kN/m³
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Atrito Negativo
◼ Exemplo (empregando Alonso)
Qn =U (l rl )
U = D
Qn = D l coesão
Qn = 0,5 4,0 10  Qn = 62,83 kN
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Atrito Negativo
'
n v0 = 
Solo βξ
Argilas 0,20 a 0,25
Siltes 0,25 a 0,35
Areias 0,35 a 0,50
◼ Exemplo (empregando Velloso e Lopes)
Qn = n U l
n = 0,25 (16 2,0)= 8 kPa
Metade da camada
Qn = 8  0,5 4,0 Qn = 50,27 kN
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Atrito Negativo
◼ Exemplo (empregando Velloso e Lopes)
❑ Refinar em camadas de solo se não for homogêneo!
Δl (m) z (m) σ'v τn Qn
0.5 0.25 4.00 1 0.79
0.5 0.75 12.00 3 2.36
0.5 1.25 20.00 5 3.93
0.5 1.75 28.00 7 5.50
0.5 2.25 36.00 9 7.07
0.5 2.75 44.00 11 8.64
0.5 3.25 52.00 13 10.21
0.5 3.75 60.00 15 11.78
Total (kN) 50.27
Atrito Negativo
◼ Influência na carga 
admissível da estaca
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Atrito Negativo
◼ Influência na carga admissível da estaca (NBR 
6122, 2010)
❑ Método das tensões admissíveis
adm
P = (P + P ) FS −Q
P L g n
Padm = carga admissível geotécnica 
PP = resistência de ponta na ruptura 
PL = resistência lateral na ruptura 
FSg = fator de segurança global
Qn = atrito negativo
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Atrito Negativo
◼ Influência na carga admissível da estaca (NBR 
6122, 2010)
❑ Método dos valores de projeto
= (PP + PL )  x−Qn  fPrd
Prd = carga geotécnica resistente de projeto 
PP = resistência de ponta na ruptura
PL = resistência lateral na ruptura
Qn = atrito negativo
γx = fator de minoração da resistência
γf = fator de majoração das ações
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Atrito Negativo
◼ Métodos para reduzir Qn
❑ Pré-carregamento da camada compressível antes da instalação
das estacas
◼ Atenção ao cronograma e aos custos
❑ Eliminação do contato direto da estaca com o solo
◼ Instalação das estacas dentro de tubos de maior diâmetro
◼ Limpa-se o solo dentro do tubo e depois crava-se a estaca
❑ Inviável quando há carga horizontais
❑ Pintura da superfície externa da estaca com mistura betuminosa
especial
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A u l a 1 1 
Descrição da situação-problema
Antes de executar as sondagens da obra do edifício, durante o estudo de 
viabilidade, você estimou a carga admissível das estacas por métodos teóricos 
para estacas pré-moldadas de concreto circulares protendidas (vazadas) com 
diâmetro de 33 cm e 12 m de profundidade. Pela análise de um talude próximo, 
deu para ver que o solo predominante era uma areia fina pouco compacta, que 
por dados aproximados de bibliografias consagradas da área apresenta peso 
específico de aproximadamente 18 kN/m³, ângulo de atrito de 30° e coesão igual 
a zero, prevendo inicialmente que o NA não seria encontrado. Qual foi o 
resultado obtido?
N P – N SPT da ponta da estaca;
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Resolução da situação-problema
Para aplicação dos métodos de capacidade, primeiro levantamos os dados iniciais, como área e 
perímetro da estaca, para então estimar o atrito lateral e a resistência de ponta.
1) Dados iniciais da estaca
2) Atrito lateral
Por Meyerhof temos:
3) Resistência de ponta
Por Terzaghi temos:
4) Capacidade de carga
5) Carga admissível
O que aprendemos na aula hoje ?
Avaliar capacidade de carga e analisar aspectos normativos.
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F u n d a ç ã o p r o f u n d a