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Exercícios sobre Capacidade de Carga de Sapatas 2016.pdf CAPACIDADE DE CARGA DAS FUNDAÇÕES EXERCÍCIOS 1 - Calcular a capacidade de carga da fundação abaixo: solo 1: areia compacta = 35º, c = 0, = 19 kN/m3 solo 2: silte arenoso compacto = 30º, c = 200 kN/m2 = 18 kN/m3 Resp: prup= 10.952,52 kN/m 2 2 - Determinar o fator de segurança à ruptura da fundação indicada abaixo. Verificar, também, a situação de compressão da base. solo 1: areia medianamente compacta c = 0, = 20º, h = 18 kN/m 3 solo 2: argila siltosa média a rija c = 150 kN/m 2 , = 25º, h = 17 kN/m 3 solo 3: areia compacta c = 0, = 35º, h = 19 kN/m 3 , sat = 21 kN/m 3 Carregamento: Q = 800 kN MB = 160 kN x m ML = 0 Resp: FS = 12,04 Base totalmente comprimida 3 - Calcular o F.S. em relação à ruptura e ao deslizamento para situação mostrada a seguir. Considerar excentricidade apenas para um dos lados. Carregamento: Q = 1.500 kN H = 300 kN Solo: Areia Compacta c = 0, = 32º, h = 19 kN/m 3 Resp: FSr = 5,04 FSd = 3,12 4 - Calcule a capacidade de carga da sapata abaixo pelo Método de Vésic. Calcule, ainda, o F.S. em relação às cargas aplicadas. Considerar o momento apenas para um dos lados. Carregamento: Q = 2.500 kN M = 500 kNxm Solo 1: Silte Argiloso Médio = 25º, c = 150 kN/m2, h = 17 kN/m 3 Solo 2: Silte Arenoso Compacto = 30º, c = 100 kN/m2, h = 18 kN/m 3 Resp: prup = 6.673,90 kN/m 2 FS = 23,92 5 - Determine a pressão máxima atuante na base da fundação da questão anterior. Diga, ainda, qual o maior valor do momento que poderia ser aplicado à fundação de tal forma que a base ainda ficasse totalmente comprimida. A carga vertical é, naturalmente, a mesma, ou seja, Q = 2500 kN Resp: máx = 332,03 kN/m 2 Mmáx = 1.333,33 kN x m SOLUÇÕES: Exercício 1: Fundação apoiada no solo 2 (silte arenoso compacto) ruptura generalizada (alta resistência). Sapata quadrada Terzaghi γNBγ4,0NqNc3,1p qCrup = 30º (tabela 1) ........................................................ 19,7N 22,5N 37,2N γ q C 19,73,0180,422,53837,22001,3prup Resposta: 3 rup kN/m52,952.01p Exercício 2: Fundação apoiada no solo 3 (areia compacta) ruptura generalizada (alta resistência). Carga excêntrica Teoria de Vésic Influência do nível d’água, sapata retangular iqiqCiC B γqCrup N'γ 2 1 NqNcp Para o caso, como não existe carga horizontal: 1ξ ;ξ ;ξ iγqiCi γqCrup N'γ 2 1 NqNcp BqC Cálculo da excentricidade: eQM ............... m 0,2 800 160 Q M e BB .................. 0 800 0 Q M e LL Cálculo das dimensões úteis: m 1,60,222,0e2BB' B ............................. m 1,6B' m 5,2022,5e2L' L L ................................. m 5,2L' Influência do nível d’água na parcela de atrito: ba bγaγ γ subh 0,8m1,22,0aBb 1,2ma 2,0mbaB 1021γγγ asatsub ............................................... 3 sub kN/m 11γ 3subh kN/m15,8 2,0 0,8111,219 ba bγaγ γ Determinação dos Fatores de Capacidade de Carga: solo 3 = 35º (tabela 3) ........................................ 03,48N 30,33N 12,46N γ q C Determinação dos Fatores de Forma: Forma da base: retangular C q C N N L B 1 ........... 46,12 33,30 2,5 2,0 1C ................ 57,1C tg L B q 1 ............... tg35º 2,5 2,0 1ξq ..................... 56,1ξ q L B 0,4-1 .............. 2,5 2,0 0,4-1 ...................... 68,0 Cálculo da Pressão de Ruptura: γqCrup N'γ 2 1 NqNcp BqC 68,03,486,18,15 2 1 1,5633,3038,457,112,460p rup 2 rup kN/m 2.407,63412,831.994,800p Cálculo da Pressão de Trabalho: 2,51,6 800 L'B' Q p trab ................................................. 2 trab kN/m 200p Cálculo do Fator de Segurança: 200 2.407,63 p p Fs trab rup ..................................................... 04,12Fs Verificação da situação de compressão da base: 6 1 L e B e LB ...................... 6 1 5,2 0 0,2 2,0 ...................... 6 1 10 1 O.K.! Base totalmente comprimida. Exercício 3: Solo areia compacta ruptura generalizada; Carga excêntrica, inclinada Teoria de Vésic; iqiqCiC B γqCrup N'γ 2 1 NqNcp Cálculo das dimensões úteis: m 10,20,3522,80e2BB' B ....................... m 10,2B' m 80,2022,80e2L' L L ............................. m 80,2L' Determinação dos Fatores de Capacidade de Carga: solo 3 = 32º (tabela 3) ....................................... 22,30N 18,23N 49,35N γ q C Determinação dos Fatores de Forma: Forma da base: quadrada C q C N N 1 ................. 65,01C ............................ 65,1C tgq 1 ................... tg32º1ξ q ........................... 62,1ξ q 6,0 .......................................................................... 6,0 Determinação dos Fatores de Inclinação de Carga: B L 1 B L 2 m L .......... 2 3 11 12 2,80 2,80 1 2,80 2,80 2 mL .............. 5,1mL L B 1 L B 2 m B .......... 2 3 11 12 2,80 2,80 1 2,80 2,80 2 mB .............. 5,1mB Como só existe Be 90ºθ θsenmθcosmm 2B 2 L ......... BBL m1m0mm .......... 5,1m tgN ξ1 ξξ C qi qiCi 01,072,0 tg32º35,49 72,01 72,0ξ Ci ........................ 71,0ξ Ci m qi cotgL'B'c'Q P 1ξ 1,5 qi cotg32º80,210,201.500 300 1ξ ................. 72,02,01ξ 1,5qi 1m iγ cotgL'B'cQ P 1ξ 11,5 iγ cotg32º80,210,201500 300 1ξ .............. 57,02,01ξ 11,5iγ Cálculo da Pressão de Ruptura: iqiqCiC B γqCrup N'γ 2 1 NqNcp 57,06,022,3010,219 2 1 72,062,118,2339,971,065,149,350p rup 2 rup kN/m 97,284.119,20678,078.10p Cálculo da Pressão de Trabalho: 2,802,10 1500 L'B' Q p trab ............................................. 2 trab kN/m 255,10p Cálculo do Fator de Segurança em relação à ruptura: 255,10 1.284,97 p p FS trab rup r ................................................... 04,5FS Cálculo do Fator de Segurança em relação ao deslizamento: p 'CtgQ p p FS amáxd A 300 0,621.500 300 2,802,100tg32º1500 Fsd ...... 12,3FSd Exercício 4: Fundação apoiada no solo 2 (areia compacta) ruptura generalizada (alta resistência). Carga excêntrica Teoria de Vésic iqiqCiC B γqCrup N'γ 2 1 NqNcp Para o caso, como não existe carga horizontal: 1ξ ;ξ ;ξ iγqiCi γqCrup N'γ 2 1 NqNcp BqC Cálculo da excentricidade: eQM ........... m 0,2 2500 500 Q M e BB ............. 0 2500 0 Q M e LL Cálculo das dimensões úteis: m 80,20,2220,3e2BB' B ......................... m 80,2B' m 5,20220,3e2L' L L ............................... m 20,3L' Cálculo da sobrecarga: hγq .................... 00,317q ................................. 00,51q kN/m 2 Determinação dos Fatores de Capacidade de Carga: solo 2 = 30º (tabela 3) ........................................ 40,22N 40,18N 14,30N γ q C Determinação dos Fatores de Forma: Forma da base: quadrada C q C N N 1 .................. 61,01C ............................ 61,1C tgq 1 ................... tg30º1ξ q .......................... 58,1ξ q 6,0 .......................................................................... 6,0 Cálculo da Pressão de Ruptura: γqCrup N'γ 2 1 NqNcp BqC 6,04,2280,218 2 1 1,5840,1851,0061,114,30100p rup 2 rup kN/m 90,673.669,33867,482.154,852.4p Cálculo da Pressão de Trabalho: 20,32,80 2.500 L'B' Q p trab ............................................. 2 trab kN/m 02,279p Cálculo do Fator de Segurança à Ruptura: 279,02 6.673,90 p p FS trab rup .................................................... 3,922 FS Exercício 5: LB Q Kσ máx Cálculo do coeficiente K: tabela 02 36,1 0 2,3 0 06,0 2,3 2,0 K L e B e L B Cálculo da Pressão Máxima: LB Q Kσ máx ........ 20,320,3 500.2 36,1σ máx .............. 03,332σ máx Maior momento para base totalmente comprimida: O maior momento será aquele correspondente à condição limite de base totalmente comprimida, ou seja: 6 1 L e B e LB 6 1 20,3 0 20,3 máx Be ......................................................... 6 20,3 máxB e 6 3,20 2.500eQM máxBmáx ................................ mkN 1.333,33Mmáx Exercícios sobre Estacas 2016.pdf Exercícios de Estacas 1 1 . EXERCÍCIOS 1. Calcular, pela fórmula de Brix, a carga admissível de uma estaca de concreto de seção de 25 x 25 cm, com 10 m de comprimento, cravada com um pilão de 1.000 kgf, com uma altura de queda de 1,0 m sendo a nega, para os últimos 10 golpes, igual a 30 mm. Adotar peso específico do concreto igual a 24 kN/m 3 e coeficiente de segurança igual a 5,0. Resposta: R = 160 kN Solução: Fórmula de Brix: s H PW PW FS 1 R 2 2 Fator de segurança (dado): 5,0FS Peso do pilão (dado): kN 10kgf 1.000W Peso da estaca: cc VγP kN15m10m0,25m0,25kN/m24P 3 Altura de queda (dado): m1,0H Nega: m3,0x10mm 3,0 10 mm 30 10 x s 3 Carga admissível: 3-2 2 3,0x10 1,0 1510 1510 5,0 1 R .......... kN 160R 2. Qual a nega que deverá ser atingida para que uma estaca metálica I 15” x 5½ ” (1 a alma) com 25 m de comprimento, cravada com um pilão de 1080 kgf de peso caindo de 1,0 m de altura, alcance uma carga admissível de 350 kN. Resposta: s = 3,3 mm Solução: Estaca metálica fórmula dinamarquesa 2 s s WHη 2,0 1 R 0 Peso do bate estaca (dado): W = 1.080 kgf Altura de queda (dado): H = 1,0 m = 100 cm Carga admissível (dado): R = 350 kN = 35.000 kgf Eficiência (constante): η = 0,7 Comprimento da estaca (dado) : L = 25 m = 2.500 cm Área da seção do perfil (tabela): Ap = 80,6 cm 2 Exercícios de Estacas 2 Módulo de elasticidade do aço (constante): E = 2,1 x 106 kgf/cm2 Recalque elástico da estaca: EA LWHη2 s p 0 cm 1,494 10 x 2,1 80,6 2500 x 1.080 x 100 x 0,7 x 2 s 60 Cálculo da nega: 2 1,494 s 1.0801000,7 2,0 1 35.000 ......... mm 3,3cm 0,33s 3. Calcular para o terreno a seguir a carga admissível das estacas indicadas pelo método de Aoki-Velloso. Estaca SCAC ....................................... Φext = 26 cm → Qestr = 40 tf Estaca Franki ....................................... Ф = 350 mm → Qestr = 55 tf Resposta: SCAC tf76,25Qadm Franki tf56,45Qadm Solução: solo 1 (argila mole) – atrito negativo cm 180m 80,1l 00,5N 0,06,0%6α kgf/cm 0,2k 1 1 1 2 1 Exercícios de Estacas 3 solo 2 (silte arenoso fofo) cm 220m 20,280,100,4l 00,5 2 46 N 0,022%2,2α kgf/cm 5,5k 2 2 2 2 2 solo 3 (silte arenoso) cm 004m 00,400,400,8l 25,11 4 17131231 N 0,022%2,2α kgf/cm 5,5k 3 3 3 2 3 Estaca SCAC – cravada 66,233,122F 33,1 80,0 26,0 1 80,0 1F 12 1 xFx D Cálculo da resistência de ponta: psp AqQ 2 1 s kgf/cm 30,70 1,33 175,5 F Nk q 222 p cm 93,53013πrπA tf32,73kgf 38,324.3793,53030,70Qp Cálculo da resistência de atrito lateral positivo: iiAL lqUQ Perímetro do fuste: cm 68,8113π2π2U r kgf/cm 04,50220 2,66 0,55,50,022 220 F Nkα lq 2 222 222 kgf/cm 70,204004 2,66 25,115,50,022 004 F Nkα lq 2 333 33 tf84,02kgf 57,836.2070,20404,5068,81Q )(AL Cálculo da resistência de atrito lateral negativo: kgf/cm 60,40180 2,66 ,052,00,06 180 F Nkα lq 2 111 1l1 tf32,3kgf 21,316.360,4068,81Q )( AL x Cálculo da carga admissível: )( )( adm 0,2 Q AL ALP Q QQ Exercícios de Estacas 4 tf76,2532,3 2,0 84,2032,37 Qadm < 40 tf Resp: 25,76 tf Estaca Franki 00,5F 50,2F 2 1 Cálculo da resistência de ponta: psp AqQ 2 1 s kgf/cm 40,37 2,50 175,5 F Nk q 52,5cm35,01,5D1,5D fp 222 p cm 75,164.225,26πrπA tf96,80kgf 79,961.8075,164.237,40Qp Cálculo da resistência de atrito lateral positivo: iiAL lqUQ Perímetro do fuste: cm 96,10917,5π2rπ2U kgf/cm 62,26220 5,0 0,55,50,022 220 F Nkα lq 2 222 222 kgf/cm 90,108004 5,0 25,115,50,022 004 F Nkα lq 2 333 33 tf90,41kgf 78,901.1490,10862,2696,109Q )(AL Cálculo da resistência de atrito lateral negativo: kgf/cm 60,21180 5,00 ,052,00,06 180 F Nkα lq 2 111 1l1 tf2,37kgf 14,375.260,2196,109Q )( AL x Cálculo da carga admissível: )( )( adm 0,2 Q AL ALP Q QQ tf56,4537,2 2,0 90,1496,08 Qadm < 55 tf Resp: 45,56 tf Exercícios de Estacas 5 4. Dimensionar uma fundação para um pilar de 20 x 30 cm de seção, que transmite a essa fundação uma carga de 1.300 kN, utilizando estacas SCAC cm 26ext ( kN 005Qestr e kgf/m 49P ). Considere que, em função das limitações dos equipamentos, a cravação das estacas deverá se dar para valores de SPT entre 15 e 25 golpes, inclusive. Determinar, também as dimensões do bloco de coroamento. Sabendo que essas estacas serão cravadas com um pilão de 400 kgf de peso caindo de 1,0 m de altura, determinar a nega que deverá ser atingida utilizando a Fórmula de Brix para um fator de segurança igual a 6,0. Resposta: mm 55,0s m 7L 3n Solução: Método de Aoki-Velloso: Carga de Dimensionamento: Q = 1,1 x Qpilar = 1,1 x 1.300 = 1.430 kN (para levar em conta o peso da fundação) Número de estacas no apoio: estacas Q Q estr 386,2 500 430.1 n Carga a ser transferida para cada estaca: kN n Q 67,476 3 430.1 Qestaca Primeira Tentativa: Se a parada da cravação deverá se dar com 15 < NSPT < 25, a primeira tentativa para posicionamento da ponta das estacas será feita a 6 metros de profundidade, ou seja, NSPT = 17. Solo 1 (areia siltosa) cm 500m 5,0l 6,75 4 8775 N 0,022,0%α kgf/cm 0,8k 1 1 1 2 1 Exercícios de Estacas 6 Solo 2 (areia média a grossa) cm 001m 00,1l 00,10 1 10 N 0,014%4,1α kgf/cm 0,10k 2 2 2 2 2 Estaca SCAC 2,661,33x22F 1,33 0,80 0,26 1 80,0 1F 12 1 Fx D Cálculo da resistência de ponta: psp AqQ 2 1 s kgf/cm 82,271 1,33 7110,0 F Nk q 2 22 p cm 93,530 4 62 π 4 D πA tf86,76kgf 47,863.6793,53082,127Qp Cálculo da resistência de atrito lateral: iiAL lqUQ Perímetro do fuste: cm 68,8126πDπU kgf/cm 01,203005 2,66 75,60,80,02 005 F Nkα lq 2 111 1l1 kgf/cm 63,52001 2,66 00,100,100,014 001 F Nkα lq 2 222 22 tf93,20kgf 68,929.20,632501,20368,81QAL Cálculo da capacidade de carga de ruptura: ALprup QQQ tf79,8893,2086,67Qrup Cálculo da carga admissível: kN 00,444 tf40,44 2 tf88,79 FS Q Q rup adm Verificação: Condição a ser satisfeita: estacaadm QQ ocomprimentAumentarkNkN 67,47600,444 Exercícios de Estacas 7 Segunda Tentativa: 7 metros de profundidade Cálculo da resistência de ponta: 2 1 s kgf/cm 38,150 1,33 2010,0 F Nk q tf84,79kgf 25,841.7993,53038,150Qp Cálculo da resistência de atrito lateral: Solo 2 (areia média a grossa) cm 002m 00,2l 50,13 2 1710 N 0,014%4,1α kgf/cm 0,10k 2 2 2 2 2 kgf/cm 11,142002 2,66 50,130,100,014 200 F Nkα lq 2 222 22 x tf19,28kgf 40,189.28311,14201,20368,81QAL Cálculo da carga admissível: kN 20,540 tf02,54 2 28,1979,84 Qadm Verificação: Condição a ser satisfeita: estacaadm QQ OKkNkN 67,47620,540 Comprimento adotado: 7 metros Cálculo da nega: Fórmula de Brix: s H PW PW FS 1 R 2 2 Fator de segurança (dado): ,06FS Peso do pilão (dado): kgf 400W Peso da estaca: kgf 586m7kgf/m 49P Altura de queda (dado): cm 1001,0mH Resistência admissível: kgfkN 000.50500R s 100 658400 658400 6,0 1 50.000 2 2 mm 0,310,031cms Exercícios de Estacas 8 5. No mesmo subsolo da questão anterior, verificar a carga admissível de uma estaca metálica I 5”x 3” (1a alma) kN180Qestr , cuja ponta encontra-se na cota 10,0m e a cota de arrasamento a 1,0 m de profundidade. I 5”x 3” (1a alma) Largura da mesa: 7,62 cm Altura: 12,7 cm Resposta: 14,72 tf Solução: Método de Aoki-Velloso Solo 1 (areia siltosa) cm 004m 4,0l 75,6 4 8775 N 0,022,0%α kgf/cm 0,8k 1 1 1 2 1 Solo 2 (areia média a grossa) cm 004m ,0045,00-,009l 00,18 4 25201710 N 0,014%4,1α kgf/cm 0,10k 2 2 2 2 2 Exercícios de Estacas 9 Estaca metálica 3,50F 1,75F 2 1 Cálculo da resistência de ponta: psp AqQ 2 1 s kgf/cm 43,131 1,75 2310,0 F Nk q 2 p cm 96,77x12,77,62hbA tf12,72kgf 48,718.1277,9643,131Qp Cálculo da resistência de atrito lateral: iiAL lqUQ Perímetro do fuste: U = 2.b + 2.h = 2 x 7,62 + 2 x 12,7 = 40,64 cm kgf/cm 43,123004 3,5 75,60,80,02 004 F Nkα lq 2 111 1l1 kgf/cm 00,288004 3,5 0,180,100,014 004 F Nkα lq 2 222 2l2 tf16,72kgf 52,720.16,00288123,4364,40QAL Cálculo da capacidade de carga de ruptura: ALprup QQQ tf44,29kgf 00,439.2952,720.1648,718.12Qrup Cálculo da carga admissível: kN 180 kN 147,20 tf72,14 2 tf29,44 FS Q Q rup adm 6. No mesmo subsolo da 4a questão, pede-se determinar a capacidade de carga de uma estaca escavada de 60 cm de diâmetro kN990Qestr Resposta: 60,7 tf Exercícios de Estacas 10 Solução: Método de Aoki-Velloso Solo 1 (areia siltosa) cm 500m 5,0l 6,75 4 8775 N 0,022,0%α kgf/cm 0,8k 1 1 1 2 1 Solo 2 (areia média a grossa) cm 004m ,0045,00-,009l 00,18 4 25201710 N 0,014%4,1α kgf/cm 0,10k 2 2 2 2 2 Estaca escavada 00,6F 00,3F 2 1 Cálculo da resistência de ponta: psp AqQ 2 1 s kgf/cm 67,76 3,00 2310,0 F Nk q 222 p cm 2.827,4330A r kgf 06,779.21643,827.267,76Qp Cálculo da resistência de atrito lateral: iiAL lqUQ Perímetro do fuste: U = 2.π.r = 2 x π x 30 = 188,50 cm kgf/cm 00,90005 6,0 75,60,80,02 005 F Nkα lq 2 111 1l1 kgf/cm 00,168004 6,0 0,180,100,014 004 F Nkα lq 2 222 2l2 kgf 00,633.48168,0090,0050,188QAL Cálculo da capacidade de carga de ruptura: ALprup QQQ tf41,265kgf 06,412.26500,633.4806,779.216Qrup Cálculo da resistência admissível (para estaca escavada): Exercícios de Estacas 11 kgf 25,791.60 0,8 48.633,00 0,8 Q kgf 132.706,03 2 .633,0048216.779,06 2 QQ AL ALp admQ kN 990 kN 608 tf60,8Qadm 7. Durante a cravação de uma estaca metálica I 10”x 4 5/8” (1 a alma), verificou-se que para 10 golpes de um pilão de 800 kgf de peso, com altura de queda de 1,0m, a estaca penetrou 10mm no terreno. Verificar se a cravação pode ser paralisada, sabendo que a estaca deverá ter uma carga admissível de 30 tf e que o módulo de elasticidade do aço é 2,1x106 kgf/cm 2 . Usar a fórmula dinamarquesa. Comprimento da estaca: 20 metros. Resposta: Pode parar a cravação. Solução: Fórmula dinamarquesa: 2 s s WHη 2,0 1 R 0 Carga admissível: R = 30 tf = 30.000 kgf Eficiência: η = 0,7 Altura de queda do pilão H = 1,0 m = 100 cm Peso do pilão W = 800 kgf Comprimento da estaca L = 20 m = 2.000 cm Área da seção transversal do perfil (tabela) Ap = 48,1 cm 2 Recalque elástico da estaca EA LWHη2 s P 0 cm 49,1 102,148,1 2.0008001007,02 s 60 Cálculo da nega: 2 s s WHη 2,0 1 R 0 mm 9,1cm 19,0s 2 1,49 s 8001000,7 2,0 1 30.000 fórmula Exercícios de Estacas 12 Valor da nega no campo mm 1,0 10 10 10 x scampo Comparação de nega de cálculo com a nega de campo: scampo < sfórmula logo pode parar a cravação.
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