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Fundações – ENG01142 - 1 - UFRGS – Escola de Engenharia FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS EM ROCHAS O método usual de determinação de capacidade de suporte utiliza tabelas que relacionam valores aceitáveis com os tipos de rocha. No entanto, para situações onde as condições da rocha não se enquadram nas descrições das tabelas, é mais apropriado utilizar equilíbrio limite ou métodos numéricos incorporando parâmetros de resistência apropriados da massa de rocha. O método a ser utilizado dependerá de alguns fatores como: tolerância de deslocamentos, e a complexidade das condições geológicas do local. Então, para uma construção rasa sobre um tipo de rocha uniforme é comum utilizar-se as tabelas publicadas para a determinação da capacidade de suporte, enquanto para uma barragem ou uma grande ponte em rocha fraturada contendo emendas de rocha compressível uma análise mais detalhada pode ser necessária. Para fundações em rocha onde a rocha tem resistência maior que o concreto do qual a sapata é construída, a capacidade de suporte da rocha não tem importância. Sabe- se que o problema da capacidade de suporte está usualmente relacionado com detalhes da estrutura geológica. 1-NORMAS EXECUTIVAS Para muitas estruturas, as dimensões requeridas para a capacidade de suporte podem ser determinadas de tabelas que listam pressões de capacidade de suporte para vários tipos de rochas. A Tabela 1 lista possíveis pressões de carregamento para uma variedade de condições geológicas definidas pelo tipo e idade da rocha. As pressões de carregamento listadas na Tabela 1 foram obtidas a partir da observação de estruturas estáveis existentes e incorporam um fator de segurança substancial, de forma que o recalque deva ser mínimo. No entanto, os valores apresentados estão relacionados principalmente a resistência da rocha, e precisam ser reduzidos quando a rocha é intemperizada, fraturada, ou é não homogênea e contêm emendas de rocha fraca e decomposta. Usualmente, em rochas, pressões de carregamentos possíveis são determinadas a partir do recalque permitido, o qual é principalmente relacionado com características de descontinuidades. Os recalques resultam do fechamento de descontinuidades abertas e compressão de emendas contendo preenchimento de baixa resistência. Onde a rocha é sã, mas fraturada, a capacidade de suporte dada na Tabela 1 pode ser ajustada para assegurar recalques Fundações – ENG01142 - 2 - UFRGS – Escola de Engenharia mínimos. O efeito da intensidade do fraturamento na capacidade de suporte pode ser estimado pelo RQD (Designação da Qualidade da Rocha) de acordo com: - RQD>90%: nenhuma redução; - RQD>50% e <90%: redução de 0,25 a 0,7; - RQD<50%: redução de 0,25 a 0,1. A aplicação dos valores de capacidade de suporte referidos na Tabela 1 e seus fatores de redução necessitam de informações da condição do subsolo e de algum julgamento. Se as condições da rocha em questão não se adequarem as condições gerais aplicáveis na Tabela 1, existem outros métodos de cálculo da capacidade de suporte que serão descritos a seguir. Tabela 1 – Capacidade de suporte para rochas de acordo com Thorburn (1966), Woodward et al. (1972) e Ministério dos transportes e comunicações de Ontário (1983). *Aplicar os critérios de redução (RQD) citados acima quando houver fraturas ou intemperismo. Fundações – ENG01142 - 3 - UFRGS – Escola de Engenharia Existem também, tabelas correlacionando o estado da rocha com valores aproximados de resistência a compressão, como mostra a Tabela 2. Tabela 2 – Classificação das resistências dos materiais rochosos (ISRM, 1981). Descrição Intervalo de resistência a compressão aproximado (MPa) Rocha extremamente resistente >250 Rocha muito resistente 100-250 Rocha resistente 50-100 Rocha mediamente fraca 25-50 Rocha fraca 5-25 Rocha muito fraca 1-5 Rocha extremamente fraca 0,25-1 Argila dura >0,5 Argila muito rija 0,25-0,5 Argila rija 0,1-0,25 Argila firme 0,05-0,1 Argila mole 0,025-0,05 Argila muito mole <0,025 2-CAPACIDADE DE SUPORTE EM ROCHAS FRATURADAS (Hoek & Brown) A Figura 1 mostra uma fundação sobre uma superfície horizontal de uma rocha. Em pressões abaixo da capacidade de suporte da rocha ela se comportará elasticamente. No entanto, em tensões maiores que se aproximem da capacidade de suporte da rocha, fraturas surgirão e se formarão cunhas e zonas de rocha fraturada (Figura 1). Esta condição resulta na dilatância da rocha e na formação de fraturas radiais que podem se expandir e eventualmente alcançar a superfície formando cunhas de rocha. O deslizamento dessa cunha de rocha pode ocasionar a ruptura da fundação. Fundações – ENG01142 - 4 - UFRGS – Escola de Engenharia Figura 1 - Capacidade de suporte de uma sapata sobre uma superfície de rocha: formação de rocha fraturada (A) abaixo da fundação contida por cunhas de rocha intacta(B). O cálculo da capacidade de suporte, nesse caso, pode ser feito através de uma análise simplificada que assume linhas retas para as superfícies de ruptura e ignora o peso da rocha na fundação e a tensão cisalhante que se desenvolvem ao longo da interface vertical entre as duas cunhas (Terzaghi, 1943). A análise assume que as cunhas ativa e passiva, definidas por linhas retas, ocorrem na rocha sob a fundação e que os parâmetros de resistência ao cisalhamento destas superfícies são os da maciço rochoso (Figura 2). Figura 2 – Análise da capacidade de suporte de rocha fraturada: cunhas ativa (A) e passiva(B). A capacidade de suporte admissível (qadm) está relacionada a resistência do maciço rochoso pelo fator de segurança (FS) e pelo fator de correção (C1) e pode ser definida pela equação: [ ] FS mssC q ruadm 2/12/1 )(1 )1(1 −− ++×= σ (1) Cunha A Cunha B Fundações – ENG01142 - 5 - UFRGS – Escola de Engenharia Onde: m e s = constantes que dependem do tipo de rocha e do grau de fraturamento e estão apresentados na Tabela 3; )(ruσ = tensão de compressão não confinada da rocha intacta (obtida através de ensaios de laboratório); C1 = fator aplicado para levar em conta a forma da fundação no cálculo da capacidade de suporte cujos valores são apresentados na Tabela 4 (Sowers, 1970). Tabela 3 – Relação aproximada entre qualidade do maciço rochoso e constantes dos materiais (m e s). QUALIDADE T IP O D E RO C H A RO C H AS C AR BO N ÁT IC AS D ol om ita , c al cá ri a e m ár m or e RO C H AS M ET AM Ó RF IC AS Xi st o lim os o, x is to , s ilt ito , ar dó si a RO C H AS A RE N IT IC AS Ar en ito , q ua rt izi to RO C H AS IG N EA S (g ra nu lo m et ri a fin a) An de si to , r io lit o, d ia bá sio , do le ri to RO C H AS IG N EA S E M AG M ÁT IC AS (g ra nu lo m et ri agr os sa ) An fib ol ito ,g ab ro , g ne is se , gr an ito , d io ri to ROCHA INTACTA m s 7 1 10 1 15 1 17 1 25 1 MUITO BOA Rocha sã com juntas não intemperizadas espaçadas 1-3m m s 2,4 0,082 3,43 0,082 5,14 0,082 5,82 0,082 8,56 0,082 BOA Rocha levemente intemperizada com juntas espaçadas 1-3m m s 0,575 0,00293 0,821 0,00293 1,231 0,00293 1,395 0,00293 2,052 0,00293 RAZOÁVEL Vários padrões de juntas moderadamente intemperizadas espaçadas 0.3-1m m s 0,128 0,00009 0,183 0,00009 0,275 0,00009 0,311 0,00009 0,458 0,00009 BAIXA Muitas juntas intemperizadas espaçadas 30-500mm m s 0,029 0,000003 0,041 0,000003 0,061 0,000003 0,069 0,000003 0,102 0,000003 MUITO BAIXA Muitas juntas fortemente intemperizadas espaçadas <50mm m s 0,007 0,0000001 0,010 0,0000001 0,015 0,0000001 0,017 0,0000001 0,025 0,0000001 Fundações – ENG01142 - 6 - UFRGS – Escola de Engenharia Tabela 4: Fator de correção de forma da fundação (L=comprimento, B=largura). Forma da Fundação C1 C2 Corrida 1 1 Retangular L/B=2 L/B=5 1,12 1,05 0,9 0,95 Quadrada 1,25 0,85 Circular 1,2 0,7 Um procedimento de cálculo mais compreensivo de capacidade de suporte para rochas fraturadas é descrito por Serrano e Olalla (1994). Neste método a resistência do maciço rochosos é definida pelo critério de resistência de Hoek e Brown. O método pode ser aplicado a sapatas embutidas, cargas inclinadas e a sapatas assentes sob superfícies inclinadas. Para a maioria dos casos de carregamentos em rochas fraturadas o fator de segurança estará entre 2 e 3 (podendo haver pequeno risco de recalque). 2.1 – FUNDAÇÕES EMBUTIDAS EM ROCHA No caso em que a sapata está embutida na rocha, é necessário modificar a Equação 1 para levar em conta o aumento nas tensões devido ao confinamento aplicado pela rocha que circunda a sapata embutida (qs). O valor modificado da capacidade de suporte admissível é então: [ ] FS smC q ruruadm 3 2/1 )(3)(1 ')'( σσσσ ++= (2) Onde: ( ) srusru qsqm ++= 2/12)()(3' σσσ (3) Fundações – ENG01142 - 7 - UFRGS – Escola de Engenharia EXEMPLO: Determine a capacidade de suporte através do método de Hoek & Brown. Considere uma sapata de 2m de largura (B=2m) sobre uma superfície de uma rocha calcária moderadamente forte na qual os espaçamentos das descontinuidades são de 400 mm e as descontinuidades contem argila. Propriedades da rocha: Resistência a compressão não confinada da rocha intacta: 75 MPa (Tabela 2) Parâmetros da Envoltória de Resistência curva: m=0,128 e s=0,00009 (Tabela 3) Densidade da rocha: γ = 0.022 MN/m3 Os fatores de correção de forma para uma sapata corrida são: C1=C2=1 (Tabela 4) Critério de Resistência de Hoek-Brown: A capacidade de suporte admissível para um maciço rochoso com as propriedades definidas por uma envoltória de ruptura curva é calculado pela Equação 1. Considerando: FS=3 m=0,128 s=0,00009 )(ruσ = 75MPa A capacidade de suporte admissível calculada é: admq = 1,14MPa
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