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FUNDAÇÕES PROF. ESP. GIOVANA SABEH AULA 2 PRINCIPAIS INFORMAÇÕES OBTIDAS DE ENSAIOS IN SITU ENSAIO SPT O ensaio SPT tem uma primeira utilidade na indicação da compacidade de solos granulares (areias e siltes arenosos) e da consistência de solos argilosos (argilas e siltes argilosos). A norma de sondagem prevê que o boletim de sondagem, forneça, junto com a classificação do solo, sua compacidade ou consistência. CORRELAÇÕES CORRELAÇÕES PARA PARÂMETROS DE SOLO PELO SPT São as correlações mais usuais para os parâmetros do solo com o auxilio do resultado de ensaios SPT. COESÃO - Solos Argilosos 𝐶 = 10.𝑁 Para estimar o valor da coesão, quando não se dispõe de resultados de ensaio de laboratórios, Teixeira e Godoy(1996) sugerem a seguinte correlação com o índice de resistência à penetração (N) do SPT. CORRELAÇÕES PARA PARÂMETROS DE SOLO PELO SPT ÂNGULO DE ATRITO - Solos Arenosos Ø= 28°+0,4.N Godoi (1983) ÂNGULO DE ATRITO - Solos Arenosos Ø= 20.𝑁 + 15 Teixeira (1996) CORRELAÇÕES PARA PARÂMETROS DE SOLO PELO SPT PESO ESPECÍFICO – PARA SOLOS ARGILOSOS N° DE GOLPES CONSISTÊNCIA P. ESPECÍFICO =20 DURA 21KN/m³ CORRELAÇÕES PARA PARÂMETROS DE SOLO PELO SPT PESO ESPECÍFICO – PARA SOLOS ARENOSOS N° DE GOLPES CONSISTÊNCIA AREIA SECA AREIA UMIDA AREIA SATURADA 40 MUITO COMPACTA 18KN/m³ 20KN/m³ 21KN/m³ CORRELAÇÕES PARA PARÂMETROS DE SOLO PELO SPT TENSÃO ADMISSÍVEL - Solos Coesivos 𝝈adm= 𝑁 50 TENSÃO ADMISSÍVEL - Solos Arenosos 𝝈adm= 𝑁 7,50 FUNDAÇÃO RASA OU DIRETA Em situações em que o solo da camada superficial apresenta resistência suficiente e características adequadas para suportar cargas, emprega-se esse tipo de fundação. O processo executivo requer a escavação da camada superficial até a cota de apoio. O processo pode ser feito por meio de escavação mecânica ou manual. – No caso de escavação mecânica, há necessidade de interromper o processo anteriormente à cota de apoio para que não ocorram desagregação e desestruturação do sol de apoio, seguindo então por processo manual. De acordo com a NBR 6122, há necessidade de preparar um lastro de concreto magro sobre a superfície, evitando que a armadura entre em contato com o terreno natural. Não é preciso utilizar formas na confecção de uma sapata, desde que o solo tenha coesão suficiente para isso. CAPACIDADE DE CARGA DE FUNDAÇÃO DIRETA Em situações em que o solo da camada superficial apresenta resistência suficiente e características adequadas para suportar cargas, emprega-se esse tipo de fundação. O processo executivo requer a escavação da camada superficial até a cota de apoio. O processo pode ser feito por meio de escavação mecânica ou manual. – No caso de escavação mecânica, há necessidade de interromper o processo anteriormente à cota de apoio para que não ocorram desagregação e desestruturação do sol de apoio, seguindo então por processo manual. De acordo com a NBR 6122, há necessidade de preparar um lastro de concreto magro sobre a superfície, evitando que a armadura entre em contato com o terreno natural. Não é preciso utilizar formas na confecção de uma sapata, desde que o solo tenha coesão suficiente para isso. CAPACIDADE DE CARGA Consideramos uma sapata de concreto armado, de base retangular com largura B e comprimento L, embutido no maciço de solo a uma profundidade h em relação à superfície. A aplicação de uma força vertical de compressão, P, no topo da sapata gera a mobilização de tensões resistentes ao maciço de solo que, no contato sapata-solo, são normais à base da sapata. Pelo principio da ação e reação, essa tensão é aplicada no solo pela sapata. Dessa forma, o elemento isolado de fundação por sapata caracteriza um sistema sapata-solo, formado pelo elemento estrutural (a sapata) e pelo elemento geotécnico (o maciço de solo) CAPACIDADE DE CARGA O aumento gradativo da força P ( e, consequentemente, da tensão) vai provocar o surgimento de uma superfície potencial de ruptura no interior do maciço de solo. Na iminência da ruptura, teremos a mobilização da resistência máxima do sistema sapata-solo, que denominamos capacidade de carga do elemento de fundação por sapata. Capacidade de carga (𝝈𝑟) de um solo é a tensão que, aplicada ao solo através de uma fundação direta, causa a sua ruptura. Alcançada essa tensão, a ruptura é caracterizada por recalques incessantes, sem que haja um aumento da tensão aplicada. A tensão admissível de um solo é obtida dividindo-se a capacidade de carga por um fator de segurança (FS) adequado a cada caso. adm= 𝝈𝑟 𝐹𝑆 CAPACIDADE DE CARGA A determinação da tensão admissível dos solos é feita das seguintes formas: • Pelo calculo da capacidade de carga, utilizando fórmulas teóricas; • Pela execução de provas de carga; Os fatores de segurança em relação à ruptura, no caso de fundações rasas, situam-se geralmente entre 3 (exigidos em casos de cálculos e estimativas) e 2 (em casos de disponibilidade de prova de carga). Portanto, no geral: • FS≥ 2 Com resultados de prova de carga • FS≥ 3 Utilizando fórmulas teóricas 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 dimensão e da forma da sapata (sapatas corridas, retangulares, quadradas ou circulares. • Da profundidade da fundação (rasa ou profunda) CAPACIDADE DE CARGA Existem várias fórmulas para o calculo da capacidade de carga dos solos, todas elas aproximadas, porem de grande utilidade para o engenheiro de fundações, e conduzindo a resultados satisfatórios para o uso geral. Para a utilização dessas fórmulas, é necessário o conhecimento adequado da resistência ao cisalhamento do solo em estudo, ou seja, da sua equação geral: FÓRMULAS DE CAPACIDADE DE CARGA CAPACIDADE DE CARGA MODOS DE RUPTURA A capacidade de carga geotécnica está associado um mecanismo de ruptura, de diferentes características que, num extremo, configura uma ruptura do tipo frágil, em que a sapata pode girar, levantando uma porção de solo para cima da superfície do terreno. No outro extremo, estabelece uma ruptura do tipo dúctil, caracterizada por deslocamentos significativos da sapata para baixo, sem desaprumar. MODOS DE RUPTURA A ruptura geral ocorre nos casos de solos mais resistentes (menos deformáveis), com sapatas suficientemente rasas. A superfície de ruptura é continua desde a borda esquerda da sapata até a superfície do terreno à direita. (ou ao contrário) A ruptura é súbita e catastrófica, levando ao tombamento da sapata. - Areia Compactada e muito Compactada - Argilas Rijas e duras Ruptura geral nas fundações de silos de concreto armado. MODOS DE RUPTURA Em contraposição, a ruptura por puncionamento ocorre nos solos mais deformáveis (menos resistentes). Em vez do tombamento, temos a penetração cada vez maior da sapata, podemos observar a tendência do solo de acompanhar o recalque da sapata. - Areia fofa a pouco compactada - Argilas muito mole a mole MODOS DE RUPTURA A ruptura local ocorre nos solos de média compacidade ou consistência, sem apresentar um mecanismo típico, constituindo um caso intermediário dos outros dois modos de ruptura. -Areia medianamente compactas - Argilas Médias Ruptura por Puncionamento. MODOS DE RUPTURA O modo de ruptura influência a forma na qual vamos determinar a capacidade de carga do sistema. CAPACIDADE DE CARGA Terzaghi em 1943, propôs uma fórmula para a estimativa da capacidade de carga de um solo, abordando os casos de sapata corrida, e que depois foi adaptada para sapatas quadradas e circulas, apoiadas à pequena profundidade abaixo da superfície (Ha forma da sapata, as equações de Terzaghi pode ser generalizadas. Terzaghi chegou a essa equação por meio das seguintes considerações: - A capacidade de carga do solo depende do tipo e da resistência do solo, da fundação e da profundidade de apoio na camada. TEORIA DE TERZAGHI (1943) CAPACIDADE DE CARGA É a parcela relativa a coesão do solo É a parcela relativa a sobrecarga É a parcela relativa ao peso próprio do solo Coesão Tensão efetiva na cota de apoio TEORIA DE TERZAGHI (1943) CAPACIDADE DE CARGA PROPOSIÇÃO DE VESIC (1975) Primeiramente que seja utilizado o fator de capacidade de carga de Caquot e Kérisel (1953). Vesic calcula os valores dos fatores de capacidade de carga em função do ângulo de atrito. A tabela contem duas colunas adicionais para a relação Nq/Nc e para tgØ. CAPACIDADE DE CARGA PROPOSIÇÃO DE VESIC (1975) Como segunda substituição, Vesic prefere os fatores de forma de DE BEER, os quais dependem não somente da geometria da sapata mas também do ângulo de atrito interno do solo. EXERCÍCIO 1 Estimar a capacidade de carga de um elemento de fundação por sapata, com as seguintes condições de solo e valores médios no bulbo de tensões: a) Argila rija com Nspt = 15 b) Areia Compacta com Nspt = 30 c) Areia Argilosa com ângulo de atrito = 25° e Coesão = 50KPa Obs: utilizar a equação de Terzaghi com a proposição de Vesic. CAPACIDADE DE CARGA RUPTURA POR PUNCIONAMENTO Na impossibilidade de realizar um desenvolvimento teórico para capacidade de carga de solos fofos ou moles, Terzaghi propõe a utilização da mesma equação da ruptura geral, mas efetua uma redução empírica nos parâmetros de resistência do solo, da seguinte maneira: EXERCÍCIO 2 Estimar a capacidade de carga de um elemento de fundação por sapata indicado na figura do exercício anterior, com as seguintes condições de solo e valores médios no bulbo de tensões. a) Argila mole com Nspt = 4 b) Areia pouco Compacta com Nspt = 6 c) Areia Argilosa com ângulo de atrito = 20° e Coesão = 10KPa Obs: utilizar a equação de Terzaghi com a proposição de Vesic.