Aula 4 Capacidade de Carga no Solo

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Fundações e Obras de Contenção
 
Aula 4 – Capacidade de Carga no solo para fundações Rasas
Profa. Eng. Civil Rosangela Oliveira
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Objetivo:
Diferenciar os tipos de ruptura do solo sob fundações rasas.
Reconhecer os diversos métodos de se obter a capacidade de carga de um solo.
Avaliar a distribuição de pressões na massa de solo.
1. Capacidade de Carga no solo para fundações Rasas
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1. Distribuição de Tensões no Solo
A tensão de apoio que a área da base de uma fundação exerce no solo é o fator mais importante relativo à interface base-solo.
A tensão exercida no solo não é necessariamente distribuída uniformemente, e depende de vários fatores, como:
 - excentricidade do carregamento aplicado;
- intensidade de possíveis momentos fletores aplicados;
- rigidez da fundação: as sapatas podem ser rígidas ou flexíveis
- propriedades do solo;
Capacidade de Carga no solo para fundações Rasas
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Classificação Relativa à Rigidez em sapatas
Sapatas rígidas: são aquelas com alturas “grandes”, comparativamente às dimensões em planta, e têm a preferência no projeto de fundações.
Sapatas Flexíveis: são caracterizadas pela altura “pequena”, e segundo a NBR 6118 (item 22.6.2.3): “Embora de uso mais raro, essas sapatas são utilizadas para fundação de cargas pequenas e solos relativamente fracos.”
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Tensão admissível no solo
1. Capacidade de Carga no solo para fundações Rasas
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A NBR 6122 (7.6.1) recomenda que a “área da fundação solicitada por cargas centradas deve ser tal que as tensões transmitidas ao terreno, admitidas uniformemente distribuídas, sejam menores ou iguais à tensão admissível ou tensão resistente de projeto do solo de apoio.” 
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Capacidade de carga do solo
1. Capacidade de Carga no solo para fundações Rasas
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Considere uma sapata retangular, com largura B e comprimento L, assente à profundidade D (ou h) em relação à superfície do terreno. O aumento da carga P aplicada à sapata mobiliza tensões resistentes no maciço de solo, com valor médio dado por: 
Com o acréscimo da carga, há o surgimento de uma superfície potencial de ruptura no interior do maciço de solo, mobilizando sua resistência máxima até atingir a tensão de ruptura (σr), ou seja, a capacidade de carga do sistema sapata-solo. 
Capacidade de carga é a tensão que provoca a ruptura do maciço de solo em que a fundação está embutida.
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Capacidade de carga do solo
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Capacidade de carga da sapata → depende do solo 
Sapatas idênticas em solos diferentes, a capacidade de carga não será a mesma! 
Capacidade de carga do solo → depende de características da sapata (geometria, profundidade de embutimento, etc.) 
Solos idênticos com sapatas diferentes → a capacidade de carga não será a mesma!
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Capacidade de carga do solo
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A carga admissível Padm que o solo suporta deve ser verificada por dois critérios: 
Para cada tipo de fundação deve-se usar um método compatível para o cálculo da carga admissível do solo. 
Exemplo: 
a. uma sapata, para pequenas cargas, é suficiente que Padm seja avaliada pelo critério de ruptura; entretanto, 
b. para grandes cargas, Padm deve ser calculado pelo critério de deformação. 
Sendo:
 Prup - a carga de ruptura
Prmax - a carga aplicada no solo que produz o recalque máximo admitido pela estrutura
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Coeficiente de segurança (C.S.)
1. Capacidade de Carga no solo para fundações Rasas
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O seu valor deve ser tal que:
permita uma ampla margem de segurança em relação às tensões cisalhantes provocadas no solo, devido ao carregamento das fundações;
b. permita limitar os recalques diferenciais para que não causem danos na superestrutura e nem afetem a sua estabilidade. 
A escolha do valor do coeficiente de segurança, em relação à ruptura do solo, e em relação à deformação excessiva, dependem da precisão das informações disponíveis; geralmente costuma-se adotar:
C.S. = 2 para informações precisas: resistência do solo é obtida em ensaios de laboratório; se predominam as cargas acidentais; se a obra é temporária, etc.
C.S. = 3 para informações imprecisas: resistência do solo é obtida usando correlações empíricas, estabelecidas pela comparação dos resultados de sondagens com provas de carga; se predominam as cargas permanentes; se a obra é permanente, etc.
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Métodos para determinação da capacidade de carga do
 sistema sapata-solo 
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Considerações sobre as tensões admissíveis (NBR6122:2010 Pag. 20 e 21) 
a. Métodos teóricos 
b. Métodos semi empíricos 
c. Prova de carga sobre placa
Métodos teóricos ou teoria da capacidade de carga.
 “Podem ser empregados, métodos analíticos (teoria de capacidade de carga) nos domínios de validade de sua aplicação, que contemplem todas as particularidades do projeto, inclusive a natureza do carregamento (drenado ou não drenado).” NBR 6122:2010
Soluções baseadas na teoria da plasticidade, tratamentos matemáticos avançados, mecânica do contínuo.
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Métodos para determinação da capacidade de carga do
 sistema sapata-solo 
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b. Fórmulas semi-empíricas para previsão da capacidade de carga das fundações rasas.
A prática brasileira, através de correlações empíricas, relaciona o SPT com a tensão admissível do solo e nos dá algumas referências de ordem prática, como vemos a seguir: 
b. 1
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Estudos Geotécnicos - Profa. Rosangela Oliveira
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Métodos para determinação da capacidade de carga do
 sistema sapata-solo 
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b.2 - Método de Wilson Costa: 
ou σadm < 0,5 MPa
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Métodos para determinação da capacidade de carga do
 sistema sapata-solo 
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b.2 – Relação entre tensão admissível (qa) e número de golpes (N) – Outras fórmulas: Resumo
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Métodos para determinação da capacidade de carga do
 sistema sapata-solo 
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c. Métodos Empíricos /Práticos
Consideram-se métodos empíricos aqueles pelos quais se chega a uma pressão admissível com base na descrição do terreno (classificação e determinação da compacidade ou consistência através de investigações de campo e/ou laboratoriais).
Exemplo: ensaios tipo prova de carga, em que a fundação ou semelhantes são submetidos a carregamentos progressivos até a iminência de “ruptura”.
Os ensaios são executados dentro da própria área de fundação
- Prova de carga sobre placa
- Prova de carga estática em estacas
- Ensaio de carregamento dinâmico
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Métodos para determinação da capacidade de carga do
 sistema sapata-solo 
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c1. provas de carga direta em placas ( NBR 6489)
O ensaio busca reproduzir, in loco, o comportamento da fundação direta sob a ação das cargas que lhe serão impostas. 
Consiste na instalação de uma placa rígida (ferro fundido) com área não inferior 0,5 m² (Φ 0,8 m), instalada sobre o solo natural na mesma cota prevista no projeto das fundações superficiais. 
Aplicam-se cargas verticalmente no centro da placa, em estágios, e mede-se as deformações simultaneamente com os incrementos de carga. 
Os resultados são apresentados em gráficos de pressão x recalque.
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Métodos para determinação da capacidade de carga do
 sistema sapata-solo 
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c1. provas de carga em placas. 
https://www.youtube.com/watch?v=6Z1JrhsdD1M
https://www.youtube.com/watch?v=zbQgMoGtPq4
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Modelos de ruptura de fundações
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A observação de ensaios e de catástrofes, possibilitou constatar-se os tipos de ruptura solo-fundação:
Ruptura generalizada
ou geral
Ruptura localizada
Ruptura por puncionamento
O variação do tipo de ruptura ocorrerá em função de:
Compressibilidade do solo, geometria da fundação, carregamento, embutimento
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Modelos de ruptura de fundações
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1. Ruptura geral 
ocorre repentinamente, ruptura súbita e catastrófica.
A carga de ruptura é bem definida e é atingida para pequenos valores de recalque.
observa-se uma protuberância na superfície e tem-se o tombamento da fundação. 
Ocorre com mais frequência em fundações rasas em solos pouco compressíveis (areias compactas e argilas rijas);
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Modelos de ruptura de fundações
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1. Ruptura geral 
Exemplo clássico: Ruptura geral nas fundações de silos de concreto armado (TSCHEBOTTARIOFF, 1978)
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Modelos de ruptura de fundações
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2. Ruptura Localizada ou local 
O padrão só é bem definido logo abaixo da fundação
- Só desce; não gira
- Poucos incrementos de carga → recalques acentuados
Não há colapso catastrófico
Ocorre em solos de média compacidade ou consistência.
Ocorre com mais frequência em:
Sapatas mais profundas
Tubulões em geral
Estacas com grande diâmetro
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Modelos de ruptura de fundações
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3. Ruptura por Puncionamento
não é fácil de ser observada, não há movimento do solo na superfície; 
a fundação tende a afundar, mas o seu equilíbrio na vertical e na horizontal é mantido; 
Ocorre em solo mais deformáveis.
A sapata afunda devido a compressão do solo subjacente.
Junto a borda da sapata o solo tende a acompanhar o afundamento da sapata.
A carga de ruptura é atingida para recalques mais elevados.
Típico de estacas e também de tubulões com pequeno diâmetro
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Modelos de ruptura de fundações
- Profa. Rosangela Oliveira rosangela.oliveira@unp.br
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Condições de modos de ruptura geotécnica em areias (VESIC, 1975)
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Testando conhecimentos
1. Capacidade de Carga no solo para fundações Rasas
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a) geral, isto é, com tensão de ruptura bem definida, característica de solos bem resistentes (argilas rijas e areias compactas).
b) geral, isto é, com tensão de ruptura bem definida, característica de solos de baixa resistência (argilas moles e areias fofas).
c) geral, isto é, com tensão de ruptura não definida, característica de solos com elevado índice de vazios (argilas moles e areias fofas).
d) local, isto é, com tensão de ruptura não definida, característica de solos de baixa resistência (argilas moles e areias fofas).
e) local, isto é, com tensão de ruptura bem definida, característica de solos bem resistentes (argilas rijas e areias compactas).
 Trt - 6.ª REGIÃO - ANALISTA JUDICIÁRIO - APOIO TÉCNICO-ESPECIALIZADO - ENGENHARIA CIVIL - FCC - FUNDAÇÃO CARLOS CHAGAS - 2012 - PROVA OBJETIVA
Considere o gráfico a seguir. Na estimativa da capacidade de carga, a curva pressão versus recalque representa dois casos extremos: solos que apresentam curva de ruptura geral e solos que apresentam ruptura local. No gráfico da figura, a curva A representa solos de ruptura
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Testando conhecimentos
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Em 1975, Vesic propôs três modos de ruptura de um maciço de solo no entorno de um elemento isolado de uma fundação direta, apresentados esquematicamente na figura.
Os modos de ruptura associados aos desenhos esquemáticos I, II e III são, respectivamente:
 a) geral, local e por puncionamento
 b) local, geral e por puncionamento
 c) local, por puncionamento e geral
 d) por puncionamento, local e geral
 e) por puncionamento, geral e local
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Até a próxima!