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10/11/2014 1 Mecânica dos Solos Capacidade de Carga Capacidade de carga Cecília Silva Lins 2014 Mecânica dos Solos Capacidade de Carga Definições: Capacidade de carga de ruptura (ou limite) – Qr: é a carga limite (ou máxima) a partir da qual a fundação provoca a ruptura do terreno e se desloca sensivelmente (ruptura frágil ou “generalizada”), ou se desloca excessivamente (ruptura plástica ou “localizada”), o que pode provocar a ruína da superestrutura. Capacidade de carga admissível – Qadm: é a maior carga transmitida pela fundação que o terreno admite, em qualquer caso, com adequada segurança à ruptura e sofrendo deformações compatíveis com a sensibilidade da estrutura aos deslocamentos da fundação.: Acidentes de fundação: ruptura do terreno. (CAPUTO, 1986) 10/11/2014 2 Mecânica dos Solos Capacidade de Carga Mecanismos de ruptura: (a) Ruptura geral ou generalizada (b) Ruptura localizada (c) Ruptura por puncionamento Mecânica dos Solos Capacidade de Carga • Mecanismo de ruptura bem definido com superfície de ruptura, do tipo brusca e catastrófica; • Solos mais rígidos: areias compactadas e argilas rija e duras; (a) Ruptura geral ou generalizada • Mecanismo de ruptura bem definido apenas imediatamente abaixo da fundação. • Solos mais deformáveis: areias medianamente compactas a fofas e argilas médias a moles; (b) Ruptura localizada • Não há formação de superfície de ruptura definida; • É caracterizado pela ocorrência de grandes deformações; • Solos muito compressíveis: areias fofas e argilas moles. (c) Ruptura por Puncionamento 10/11/2014 3 Mecânica dos Solos Capacidade de Carga LB P A P . Na iminência de ruptura, tem-se a mobilização da resistência máxima do sistema sapata-solo, que denomina-se CAPACIDADE DE CARGA de ruptura, representado por Qr. P h B maciço de solo Aumento gradativo de P e vai provocar o surgimento de uma superfície potencial de ruptura no interior do maciço. Mecânica dos Solos Capacidade de Carga Tensão admissível: • A pressão admissível adm de um solo, é obtida dividindo-se a capacidade de carga r, por um coeficiente de segurança, FS, adequado a cada caso. Devem se considerados os seguintes fatores na sua determinação: • Profundidade da fundação; • Dimensões e forma dos elementos da fundação; • Características das camadas do terreno abaixo do nível da fundação • Nível d’água; • Modificação das características do terreno por efeito de alívio de pressões, alterações do teor de umidade ou ambos; • Características da obra, em especial a rigidez da estrutura; • Recalques admissíveis, definidos pelo projetista da estrutura. fator de segurança FS r adm 10/11/2014 4 Mecânica dos Solos Capacidade de Carga A tensão admissível ou tensão resistente de projeto deve ser fixada a partir da utilização e interpretação de um ou mais dos procedimentos a seguir relacionados: 1. provas de carga sobre placa: Ensaio realizado de acordo com a ABNT NBR 6489, cujos resultados devem ser interpretados de modo a considerar as camadas influenciadas de solo. 2. métodos teóricos: Podem ser empregados métodos analíticos (teorias de capacidade de carga). Para o emprego dessas teorias se necessita do conhecimento das características geomecânicas do maciço, em particular aquelas da resistência. 3. métodos semi-empíricos: São aqueles métodos que consistem em formulações que relacionam resultados de ensaios (tais como o SPT, CPT, etc.) com tensões admissíveis ou tensões resistentes de projeto. Devem ser observados os domínios de validade de suas aplicações, bem como as dispersões dos dados e as limitações regionais associadas a cada uma das formulações. Mecânica dos Solos Capacidade de Carga Fator de segurança (FS): • As tensões admissíveis em elementos de fundação, são obtidas pela aplicação de fatores de segurança globais mínimos, conforme quadro a seguir: 10/11/2014 5 Mecânica dos Solos Capacidade de Carga Fator de segurança (FS): Detalhes: ABNT NBR 6122:2010 (Projeto e execução de fundações) Mecânica dos Solos Capacidade de Carga MÉTODOS TEÓRICOS DE CÁLCULO DA CAPACIDADE DE CARGA Existem várias fórmulas para o cálculo da capacidade de carga dos solos, todas elas aproximadas, porém de grande utilidade para o engenheiro de fundações, e conduzindo a resultados satisfatórios para o uso. Para a utilização dessas fórmulas, é necessário o conhecimento adequado da resistência ao cisalhamento do solo em estudo, ou seja, = c + tg Métodos teóricos de cálculo: 10/11/2014 6 Mecânica dos Solos Capacidade de Carga Teoria de Terzagui (1943): • A teoria de Terzaghi (1943), desenvolvida baseada nos estudos de Prandtl (1920) para metais, é a mais difundida para o caso de fundações diretas ou rasas. • Terzaghi estudou a capacidade de carga de ruptura para este tipo de fundações em solos de diversas categorias, ou seja, solos com atrito e coesão (c, ), solos não‐coesivos ou granulares (c = 0) e solos puramente coesivos (= 0). • Quando a ruptura é atingida, o terreno desloca‐se, arrastando consigo a fundação. • O solo passa, então, do estado “elástico” ao estado “plástico”. • O deslizamento ao longo da superfície ABC é devido à ocorrência de tensões de cisalhamento (a) maiores que a resistência ao cisalhamento do solo (r). CÁLCULO DA CAPACIDADE DE CARGA Mecânica dos Solos Capacidade de Carga Teoria de Terzagui (1943): Zonas de escoamento plástico após ruptura de fundação superficial • solo homogênio; • problema de uma sapata de largura 2b carregada uniformemente, localizada na superfície horizontal de um maciço semi-infinito; • a resistência ao cisalhamento do solo acima do nível da base da fundação é desprezada, substituindo-o por uma sobrecaga q=D.; • configuração para região de ruptura plástica ( = 45º base lisa ou = ’ base rugosa). Não há tensões cisalhantes na interface fundação‐solo 10/11/2014 7 Mecânica dos Solos Capacidade de Carga Teoria de Terzagui (1943): Expressão final obtida por Terzaghi A fórmula obtida refere‐se a fundações corridas, onde Nc, Nq e N são fatores de capacidade de suporte, função apenas do seu ângulo de atrito () do solo e definidos por: NBNqNc qcr 2 1 AtritoSobrecargaCoesão c – coesão; q – tensão efetiva vertical na cora de fundação (y.h) B – base; – Peso específico do solo Mecânica dos Solos Capacidade de Carga Nc, Nq e N são fatores de capacidade de carga que são adimensionais e dependem de . Valores são apresentados em forma de ábacos e tabelas. Fatores de capacidade de carga (Terzagui e Peck,1967) Dados de N de Meyerhof (1955) 10/11/2014 8 Mecânica dos Solos Capacidade de Carga Fatores de Capacidade de Carga Fatores de Capacidade de Carga propostos por Vésic (Velloso e Lopes, 1997) Mecânica dos Solos Capacidade de Carga Casos Particulares ‐ Casos particulares Para os solos puramente coesivos, tem‐se = 0º. Logo, Nq = 1,0; N = 0 e Nc = 5.7, obtendo‐se: Para as areias (c=0), tem‐se: mostrando que a capacidade de carga das areias é proporcional à dimensão da fundação e aumenta com a profundidade. ‐ Ocorrência do N.A. Abaixo do nível d’água deve‐se usar o peso específico de solo submerso, o que reduzirá o valor da capacidade de carga.
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