CAPITULO 4 - CAPACIDADE DE CARGA DOS SOLOS.pdf

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Capítulo IV: Capacidade de cargas dos solos 
 
Texto extraído do seguinte livro: 
 
 
 
1. Introdução 
Considera-se uma sapata com largura B e comprimento L, embutida 
no maciço de solo a uma profundidade h em relação à superfície, 
sujeita a aplicação de uma força P, no topo. 
A tensão normal na base da sapata será: 
 
Pelo princípio da ação e reação, esta será a tensão aplicada no solo 
pela sapata, caracterizando um sistema solo-sapata, formado pelo 
elemento estrutura (sapata) e pelo elemento geotécnico (maciço de 
solo, conforme apresentado na figura 2.1. 
 
 
 
 
 
O aumento gradual da força P causará o aumento da tensão o que irá 
provocar o surgimento de uma superfície de ruptura no interior do 
maciço de solo. 
Na eminência de ruptura, teremos a mobilização da resistência 
máxima do sistema, que se denomina capacidade de carga do 
conjunto. 
Para uma sapata suficientemente resistente como peça estrutural, a 
capacidade de carga do elemento de fundação é a tensão que provoca 
a ruptura do maciço de solos em que a sapata esta embutida ou 
apoiada. 
 
2. Modos de ruptura 
 
• Ruptura frágil: a sapata pode girar, lavantando uma porção 
do solo para cima do terreno, também denominado de ruptura 
geral. Ocorre em solos mais resistentes (rígidos) e menos 
deformáveis, com sapatas suficientemente rasas. A superfície 
de ruptura é contínua, desde a borda esquerda da base da 
sapata até a superfície do terreno à direita (vale a simetria). A 
ruptura é súbita e catastrófica levando ao tombamento da 
sapara e a deformação é uma considerável protuberância na 
superfície do terreno, conforme mostrado na figura 2.2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Ruptura ductil: caracarteriza-se por deslocamentos 
significativos da sapata para baixo, sem desaprumar, também 
chamada de ruptura por puncionamento. Ocorre em solos 
deformáveis (menos resistentes). Tem-se a penetração cada 
vez maior da sapata. A carga de ruptura é atingida para 
recalques elevados e para este valor de carga, passam a ser 
incessantes, podendo haver a necessidade de acréscimo 
continuo de carga para manter a evolução dos recalques. 
Duas possibilidade são apresentadas na figura 2.4. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Ruptura local: Ocorre em solos de média compacidade e 
consistência, sem apresentar os mecanismos anteriores, 
constituindo um caso intermediário. 
O modo de ruptura não depende somente da rigidez do solo, pois há 
também o efeito do embutimento da sapata no maciço de solo. 
Para o caso de areia, Versic (1975) estabelece as condições de 
ocorrência dos modos de ruptura (figura 2.6), em função da 
compacidade relativa e do embutimento relativo da sapara h/B*, 
com: 
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3. Teoria de Terzaghi 
 
Terzaghi considera três hipóteses: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Do equilíbrio de forças para a cunha de comprimento unitário: 
 
 
Não há solução geral que leve em conta o peso dos solos e a 
influência da sobrecarga, não sendo possível conhecer Ep. Terzaghi 
adotou a metodologia de estudar casos particulares, às vezes 
hipotéticos, para depois generalizar através da superposição dos 
efeitos. A seguir são apresentados estes casos. 
3.1. Solo se peso e sapata à superfície 
 
 
3.2. Solo não coesivo e sem peso 
 
 
 
 
3.3. Solo não coesivo e sapata à superfície 
 
3.4. Superposição dos efeitos 
 
 
 
 
 
 
 
3.5. Efeito da forma da sapata 
 
A formula anterior permite estimar a capacidade de carga de 
fundações por sapatas corridas em solos passíveis de ruptura geral. 
Para o caso de sapatas quadradas ou de base circulares as soluções 
requerem procedimentos numéricos. Com base em resultados e 
experimentos, Terzaghi e Peck (1967) apresentaram uma equação 
semi-empírica para a sapata circular com diâmetro B embutida 
em solo compacto rijo: 
 
 
 
Para sapata quadrada de lado B: 
 
 
Posteriormente, essas equações passaram a ser agrupadas em uma 
equação geral de capacidade de carga na ruptura geral, que 
considera a forma da sapata: 
 
 
 
 
Esta equação considera as seguintes variáveis: 
• Parâmetros do solo; 
• Dimensões da sapata; 
• Embutimento da sapata no maciço de solo. 
Importante ressaltar que este modelo se aplica para o tipo de 
ruptura geral e mostra que o elemento de fundação por sapata 
constitui mesmo um sistema sapata-solo. 
3.6. Ruptura por puncionamento 
 
4. Proposição de Vesic 
 
4.1. Ruptura Geral 
Para solos mais rígidos, passíveis de ruptura geral, Vesic (1975) 
propôs duas substituições nos fatores da equação geral de 
capacidade de carga de Terzaghi. 
 
4.2. Ruptura por puncionamento 
 
Vesic (1975) apresenta um método racional em contraposição 
ao método semi-empírico de Terzaghi. Consiste na introdução 
de fatores de compressibilidade nas três parcelas da equaão 
geral de capacidade de carga para a ruptura geral, a 
semelhança do procedimento empregado para considerar a 
forma da sapata. 
 
Primeiramente, é calculado o Índice de Rigidez do solo (Ir) em 
função de parâmetros de resistência e compressibiliadde, e o 
índice de rigidez crítico (Ir crit) em função do ângulo de atrito do 
solo e da geometria da sapata. 
A seguir estas variáveis são comparadas e sempre que Ir< Ir crit, 
a capacidade de carga deve ser reduzida através de fatores de 
compressibilidade, todos adimensionais. 
 As tabelas a seguir apresentam os fatores de capacidade de 
carga e de forma propostos. 
 
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5. Solo estratificado 
 
5.1. Bulbo de tensões 
Pode-se admitir, para o cálculo aproximado e prático, que a 
propagação de tensões num maciço de solo ocorre de forma 
simplificada, mediante a inclinação 2:1 ou 27º de inclinação 
com a vertical conforme ilustrado pelas figuras a seguir, sendo 
z a distância da base da sapata ao topo da segunda 
camada de solo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5.2. Duas Camadas 
 
Neste caso o problema da capacidade de carga torna-se 
complexo, por isso pode-se recorrer a um procedimento prático. 
Primeiramente determina-se a capacidade de carga 
considerando apenas a primeira camada (σr1) e depois a 
capacidade de carga para uma sapata fictícia apoiada no topo 
da segunda camada (σr2), conforma mostra a figura a seguir. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. Parâmetro do solo 
 
Em solos saturados, principalmente nas argilas moles, os 
parâmetros de resistência (coesão e ângulo de atrito) dependem 
das condições de drenagem, variando de não drenado (rápido) 
ao drenado (lento). 
 
Em termos de capacidade de carga de fundações, geralmente 
predomina como crítica a condição não drenada, pois a 
capacidade de carga tende a aumentar com a dissipação das 
pressões neutras. 
 
6.1. Coesão 
Para estimativa do valor da coesão não drenada, quando 
não se dispõe de resultados de ensaios de laboratório, 
Teixeira e Godoy (1996) sugerem a seguinte correlação 
com o índice de resistência a Penetração Nspt. 
C = 10*Nspt (kPa) 
 
6.2. Ângulo de atrito 
Pode-se recorrer a figura 2.20, que mostra as correlações 
estatísticas entre os pares de valores σv e Nspt e prováveis 
valores de F, em que σv é a tensão vertica efetiva à cota 
de obtenção do Nspt. 
 
Ainda pode-se recorrer as seguintes equações empíricas: 
 
 
6.3. Peso específico 
Se não houver ensaios de laboratório, pode-se obter opeso 
específico do solo a partir dos valores aproximados das tabelas 
2.4 e 2.5 (Godou, 1972); 
 
 
 
 
 
Exemplos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Exercício 1 (para casa) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Exercício 2 (para casa) 
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Exercício 3 (para casa) 
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