FeC AULA 5 LFF - Prova de carga

Prévia do material em texto

FUNDAÇÕES E 
CONTENÇÕES 
CCE0194
AULA 5
ANÁLISE DA CAPACIDADE DE CARGA DE FUNDAÇÃO DIRETA
CURSO: ENGENHARIA CIVIL
DOCENTE: LEILA FERREIRA FIGUEIREDO
CARGAS E SEGURANÇA NAS 
FUNDAÇÕES - NBR 6122:1996
� EMPUXOS
5.2.1 O empuxo hidrostático desfavorável deve ser
considerado integralmente, enquanto que o empuxo de
terra (ativo, em repouso ou passivo) deve ser compatível
com a deslocabilidade da estrutura.
5.2.2 Os efeitos favoráveis à estabilidade (empuxos de
terra ou de água), somente devem ser considerados quando
for possível garantir sua atuação.
5.2.3 Em obras urbanas não fazer redução de cargas em
decorrência de efeitos de subpressão (pressão de baixo
para cima gerada pela água que se infiltra pela porosidade
ou descontinuidades da fundação).
CARGAS DINÂMICAS –
NBR 6122:1996
� Cargas dinâmicas periódicas ou de impacto, considerar
os seguintes efeitos:
a) amplitude das vibrações e possibilidades de ressonância
no sistema estrutura-solo-fundação;
b) acomodação de solos arenosos;
c) transmissão dos efeitos a estruturas ou outros
equipamentos próximos.
ESFORÇOS –
NBR 6122:1996
Considerar:
� cargas especificadas no projeto,
� o peso próprio dos elementos estruturais de fundação.
Observar:
� as variações de tensão decorrentes da execução
eventual de aterros, reaterros e escavações,
� os diferentes carregamentos (“atrito negativo” e os
esforços horizontais sobre fundações profundas).
CÁLCULO COM FATOR DE 
SEGURANÇA GLOBAL – NBR 6122:96
5.5.1 Carga admissível em relação à resistência última:
obtidas pela aplicação de fatores de segurança, conforme a
Tabela 1, sobre os valores de capacidade de carga obtidos por
cálculo ou experimentalmente.
5.5.2 Carga admissível em relação aos deslocamentos
máximos: obtidos por cálculo ou experimentalmente, com
aplicação de fator de segurança não inferior a 1,5.
5.5.3 Combinação de ações e eventual acréscimo de carga
admissível: Quando forem levadas em consideração todas as
combinações possíveis entre os diversos tipos de carregamento
previstos pelas normas estruturais, inclusive a ação do vento,
pode-se, na combinação mais desfavorável, majorar em 30% os
valores admissíveis das tensões no terreno e das cargas
admissíveis em estacas e tubulões.
CÁLCULO COM FATOR DE 
SEGURANÇA GLOBAL – NBR 6122:96
CÁLCULO COM FATOR DE 
SEGURANÇA PARCIAL – NBR 6122:96
A segurança nas fundações deve ser estudada por meio de
duas análises:
� estados-limites últimos (por exemplo: perda de
capacidade de carga e instabilidade elástica ou
flambagem) de ruptura ou deformação plástica
excessiva (análise de ruptura)
� estados-limites de utilização caracterizado por
deformações excessivas (análise de deformações).
CÁLCULO COM FATOR DE 
SEGURANÇA PARCIAL – NBR 6122:96
Estados-limites últimos - Análise de ruptura
5.6.1.1 Os valores de cálculo das ações na estrutura são
comparados aos valores de cálculo da resistência do solo ou do
elemento de fundação. Os esforços na estrutura devem ser
calculados de acordo com a NBR 8681 (Ações e segurança nas
estruturas – Procedimento).
5.6.1.2 Os valores de cálculo da resistência do elemento
estrutural, devem ser obedecidas as prescrições pertinentes
aos materiais constituintes deste elemento (concreto, aço e
madeira).
5.6.1.3 Os valores de cálculo da resistência do solo são
determinados dividindo-se os valores característicos dos
parâmetros de resistência da coesão C e do ângulo de atrito
pelos coeficientes de ponderação da Tabela 2.
CÁLCULO COM FATOR DE 
SEGURANÇA PARCIAL – NBR 6122:96
CÁLCULO COM FATOR DE 
SEGURANÇA PARCIAL – NBR 6122:96
Estados-limites últimos - Análise de ruptura
5.6.1.4 O valor de cálculo da resistência (ou capacidade de carga) de
um elemento de fundação pode ser determinado de três maneiras:
a) a partir de provas de carga, quando se determina inicialmente sua
resistência (ou capacidade de carga) característica Pk (aplicar o
terceiro coeficiente de ponderação conforme a Tabela 3);
b) a partir de método semi-empírico ou empírico, quando se determina
inicialmente sua resistência (ou capacidade de carga) característica
nominal (aplicar um dos primeiros coeficientes de ponderação
conforme a Tabela 3, dependendo do tipo de fundação);
c) quando se empregam métodos teóricos (uma vez que os parâmetros
de resistência do solo foram reduzidos por coeficientes de ponderação
(conforme a Tabela 2) para uso nos cálculos, o resultado obtido já é
valor de cálculo da resistência (ou capacidade de carga) do elemento
de fundação).
CÁLCULO COM FATOR DE 
SEGURANÇA PARCIAL – NBR 6122:96
Estados-limites de utilização - Análise de deformação
5.6.2.1 A análise de deformações é feita calculando-se os
deslocamentos da fundação submetida aos valores dos
esforços na estrutura no estado-limite de utilização.
5.6.2.2 Os deslocamentos admissíveis máximos suportados
pela estrutura, sem prejuízo dos estados-limites de
utilização, devem atender às prescrições da NBR 8681.
5.6.2.3 Casos correspondentes a carregamentos
excepcionais devem ser analisados especificamente.
DETERMINAÇÃO DA PRESSÃO
ADMISSÍVEL
A pressão admissível pode ser determinada por um dos seguintes critérios:
a) métodos teóricos: teorias da Mecânica dos Solos, levando em conta
eventuais inclinações da carga do terreno e excentricidades;
b) por meio de prova de carga sobre placa (NBR6489): faz-se o cálculo de
capacidade de carga à ruptura; a partir desse valor, a pressão admissível é
obtida utilizando um coeficiente de segurança (compatível com a precisão da
teoria e o grau de conhecimento das características do solo e nunca inferior
a 3). Depois, faz-se uma verificação de recalques para essa pressão, que, se
conduzir a valores aceitáveis, será confirmada como admissível; caso
contrário, o valor da pressão deve ser reduzido até que se obtenham
recalques aceitáveis.;
c) métodos semi-empíricos: as propriedades dos materiais são estimadas
com base em correlações e são usadas em teorias de Mecânica dos Solos;
d) métodos empíricos: 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). Usar a
Tabela 4, onde os valores fixados servem para orientação inicial.
DETERMINAÇÃO DA PRESSÃO
ADMISSÍVEL
DETERMINAÇÃO DA PRESSÃO
ADMISSÍVEL
Notas:
a) Para materiais intermediários entre as classes 4 e 5, interpolar entre 0,8
e 0,5 Mpa.
b) Para materiais intermediários entre as classes 6 e 7, interpolar entre 0,8
e 0,4 Mpa
c) No caso do calcário ou qualquer outra rocha cárstica, devem ser feitos
estudos especiais.
d) Para a definição de diferentes tipos de solos, deve-se consultar a NBR
6502.
CONSIDERAÇÕES GERAIS
6.2.2.1 Fundação sobre rocha: a pressão admissível deve
levar em conta a continuidade a inclinação e a influência
da atitude da rocha sobre a estabilidade. Pode-se assentar
fundação sobre rocha de superfície inclinada desde que se
prepare, esta superfície (por exemplo: chumbamentos,
escalonamento em superfícies horizontais), de modo a
evitar deslizamento da fundação.
CONSIDERAÇÕES GERAIS
6.2.2.2. Pressão admissível em solos compressíveis
A implantação de fundações em solos constituídos por
areias fofas, argilas moles, siltes fofos ou moles, aterros e
outros materiais só pode ser feita após estudo com base em
ensaios de laboratório e campo, compreendendo o cálculo
de capacidade de carga (ruptura), e a análise da
repercussão dos recalques sobre o comportamento da
estrutura.
Pressão admissível nas areias médias e finas, fofas;
argilas moles; siltes fofos; aterros e outros materiais:
nesses solos a implantação de fundações só pode ser feita
após cuidadoso estudo com base em ensaios de laboratório
e campo, compreendendo o cálculo de capacidade de
carga, o cálculo e a analise da repercussão dos recalques
sobre o comportamento da estrutura.
CONSIDERAÇÕES GERAIS
6.2.2.3 Solos expansivos: aqueles que, por sua composição
mineralógica, aumentam de volume quando há um
aumento do teor de umidade. a pressão admissíveldeve-se
levar em conta a pressão de expansão e nunca ser inferior
a essa. Por isto, em cada caso, é indispensável determinar
experimentalmente a pressão de expansão, considerando
que a expansão depende das condições de confinamento.
6.2.2.4 Solos colapsíveis: as fundações apoiadas em solos
de elevada porosidade, não saturados, deve ser analisada a
possibilidade de colapso por encharcamento, pois estes
solos são potencialmente colapsíveis. Em princípio devem
ser evitadas fundações superficiais apoiadas neste tipo de
solo, a não ser que sejam feitos estudos considerando-se as
tensões a serem aplicadas pelas fundações e a possibilidade
de encharcamento do solo.
CONSIDERAÇÕES GERAIS
� pressões admissíveis indicadas na Tabela 1 para solos
argilosos ( classe 9 ), entendem-se aplicáveis a um
corpo de fundação não maior que 10m2. Para maiores
áreas carregadas ou na fixação da pressão média
admissível sobre um conjunto de corpos de fundação ou
totalidade da construção, deve-se reduzir os valores na
Tabela 1, de acordo com a fórmula abaixo:
CONSIDERAÇÕES GERAIS
6.2.2.5 Prescrição especial para solos granulares
Quando se encontram abaixo da cota da fundação até uma
profundidade de duas vezes a largura da construção apenas solos das
classes 4 a 9, a pressão admissível pode ser corrigida em função da
largura B do corpo da fundação, da seguinte maneira:
a) no caso de construções não sensíveis a recalques, os valores da
Tabela 4, válidos para a largura de 2 m, devem ser corrigidos
proporcionalmente à largura, limitando-se a pressão admissível a 2,5 σo
para uma largura maior ou igual a 10 m;
b) no caso de construções sensíveis a recalques, deve-se fazer uma
verificação do eventual efeito desses recalques, quando a largura for
superior a 2 m, ou manter o valor da pressão admissível conforme
fornecido pela Tabela 4. Para larguras inferiores a 2 m continua valendo
a redução proporcional, conforme indicado na Figura 1.
CONSIDERAÇÕES GERAIS
FUNDAÇÃO DIRETA
� As fundações diretas transferem a carga do elemento
estrutural para o solo através da área da base. São
fundações em que a profundidade de assentamento em
relação ao terreno adjacente é inferior a duas vezes a
menor dimensão da fundação de acordo com a ABNT
NBR 6122:1996.
� A aplicação de uma força vertical de compressão P, no
topo de uma sapata acaba gerando a mobilização de
tensões resistentes no solo. Com o aumento da força P,
surge uma superfície potencial de ruptura no interior do
solo. Quando nos aproximamos da ruptura, temos
a mobilização máxima do sistema da sapata, o qual
é denominado Capacidade de Carga.
RUPTURA INTERNA
� As cargas que um elemento estrutural recebem
internamente diferentes esforços que podem levar ao
colapso, se excedida a capacidade de carga do elemento.
Essas cargas também percorrem um trajeto até a ligação da
supraestrutura com as fundações, posteriormente
descarregando nas fundações.
� O rompimento nessas regiões da estrutura é caracterizado
como ruptura interna. Contudo, por excesso de carga, a
ruptura pode ocorrer no solo, quando sua resistência ao
cisalhamento é superada, provocando um desequilíbrio de
tensões que podem ocasionar recalques substanciais. Se
continuar a exceder a capacidade resistiva, pode ocorrer a
ruptura. Nessas situações, é preciso levar em consideração
diversos fatores, pois cada solo tem um comportamento
diferente: solos arenosos se comportam diferente de solos
argilosos, por exemplo.
RUPTURA INTERNA
� Toda supraestrutura é formada por vínculos que conectam os
diversos elementos. Esses vínculos e elementos têm certa
capacidade de deformação e de deflexão, que devem ser
sempre respeitados.
� Desta forma, quando os movimentos de uma estrutura superam
a capacidade física dos seus vínculos, ou quando a deformação
de algum elemento da supraestrutura é superior à deformação
máxima que ele pode suportar, pode ocorrer colapso do
sistema. Essas deformações e deflexões podem ser causadas por
diversas formas, como ventos, vibrações, excesso de carga e
também recalques diferenciais nas fundações. Assim, uma
movimentação externa pode colapsar a estrutura. Um recalque
pode causar instabilidade interna, levando ao colapso, e a
escolha do tipo de fundação pode causar esse problema.
� Uma fundação superficial com grandes cargas, por exemplo,
pode ter grandes recalques em razão de o solo não suportar a
carga excessiva. Fundações profundas concentram mais cargas e
isso também pode gerar situações desfavoráveis.
RUPTURA EXTERNA
� O processo de ruptura externa acontece por ruptura do 
solo, a carga na fundação excede a capacidade resistiva 
do solo, levando ao colapso. 
� Para entender como é o comportamento dos solos, se 
deve fazer investigações geotécnicas, que contribuirão 
para se entender os tipos de solos. 
� As fundações rasas têm uma máxima carga que podem 
absorver com seguança e dissipar no solo. À medida que 
se aumenta o carregamento nas periferias da fundação, 
criam-se concentrações de tensões no solo. 
RUPTURA EXTERNA
Na fase I, tem-se um comportamento 
elástico, no qual o recalque w, que 
pode ser visto no canto da fundação, 
é proporcional à carga Q empregada 
na fundação. Na fase II, na qual já se 
encontra a fase plástica, o 
deslocamento w (recalque) é 
irreversível e se tem deslocamento 
mesmo sem variar a carga Q. A fase 
III é a continuação da fase II, sendo 
que a velocidade do recalque cresce 
continuamente até a ruptura.
Na Figura 1, observa-se onde se criam zonas plásticas em uma
fundação, e são três estágios de deformação até se alcançar a carga
última, que é a carga onde se tem comportamento plástico com
recalque irreversível, sendo que a velocidade do recalque cresce
continuamente até a ruptura.
CAPACIDADE DE CARGA
� Entender como é a capacidade de
carga de um solo é de suma
importância para avaliar o
comportamento dos solos e poder
projetar uma fundação com a
segurança necessária para evitar
manifestações patológicas. As
tensões são distribuídas no solo de
acordo com o bulbo de tensões.
� criam-se linhas de tensões que têm
o mesmo valor e que têm o
comportamento conforme a Figura
2; também podem ser classificadas
como curvas isobáricas.
MODOS DE RUPTURA
� A capacidade de carga depende diretamente da ruptura e da
deformação do solo.
� Tipos de ruptura aos quais o solo pode estar sujeito:
1. Ruptura Geral: É um tipo frágil e a sapata pode girar, levando
uma porção do solo. Ocorre a ruptura do terreno, que desliza.
Ocorre em solos mais resistentes com sapatas suficientemente
rasas. A superfície de ruptura é continua e gera uma catástrofe,
levando ao tombamento da sapata.
2. Ruptura por Puncionamento: É um tipo dúctil com
deslocamento significativo da sapata para baixo. Ocorre em
solos mais deformáveis, fracos. Em vez de tombamento, ocorre
a penetração cada vez maior da sapata.
3. Ruptura Local: É uma mistura entre os dois tipos de rupturas.
Ocorre em solos de média consistência. O solo se desloca
excessivamente, causando ruptura plástica ou localizada.
CAPACIDADE DE CARGA 
GEOTÉCNICA
� Carga máxima resistida pela fundação
� Limite onde os recalques se estabilizam
CAPACIDADE DE CARGA 
GEOTÉCNICA
� Fundações superficiais em que a profundidade de 
assentamento da fundação no solo é menor ou igual à 
sua largura.
Quando uma carga proveniente de uma fundação é aplicada ao solo, este deforma-
se e a fundação recalca. Quanto maior a carga, maiores os recalques. 
Para pequenas cargas os recalques são aproximadamente proporcionais (Fig. 1).
CAPACIDADE DE CARGA 
GEOTÉCNICA
Uma curva de pressção-recalque apresenta uma curva bem definida
pressão de ruptura pr, que, atingida, os recalques tornam-se
incessantes (ruptura generalizada, corresponde aos solos pouco
compressíveis (compactos ou rijos).
A outra curva mostra que os recalques continuam crescendo com o
aumento das pressões, porém não evidencia, uma pressão de ruptura;
esta será então arbitrada (pr’) em função de um recalque máximo (r’)
especificado (ruptura localizada, enquadram-se ossolos muito
compressíveis (fofos ou moles)).
CAPACIDADE DE CARGA 
GEOTÉCNICA
Atingida a ruptura, o terreno desloca-se, arrastando
consigo a fundação (Fig.2). O solo passa, então, do
estado “elástico” ao estado “plástico”. O deslizamento
ao longo da superfície ABC é devido a ocorrência de
tensões de cisalhamento (τα) maiores que a resistência
ao cisalhamento do solo (τr).
CAPACIDADE DE CARGA DA 
FUNDAÇÃO
Capacidade de carga da sapata → depende do solo: 
podemos ter sapatas idênticas, porém, solos diferentes, a 
capacidade de carga não será a mesma.
Capacidade de carga do solo → depende das características 
da sapata (geometria, profundidade, etc.): podemos ter 
solos idênticos com sapatas diferentes, a capacidade de 
carga não será a mesma.
PRESSÃO DE RUPTURA X 
PRESSÃO ADMISSÍVEL
� A pressão de ruptura ou capacidade de carga de um solo
é a pressão pr, que aplicada ao solo causa a sua
ruptura. Adotando um adequado coeficiente de
segurança, da ordem de 2 a 3, obtém-se a pressão
admissível, a qual deverá ser “admissível” não só à
ruptura como as deformações excessivas do solo.
� O cálculo da capacidade de carga do solo pode ser feito
por diferentes métodos e processos, embora nenhum
deles seja matematicamente exato.
CAPACIDADE DE CARGA DO 
SOLO
A carga admissível (Padm) que o solo suporta deve ser verificada por 
dois critérios: 
Cada tipo de fundação possui um método compatível para o
cálculo da Padm.
Exemplo:
a. uma sapata, para pequenas cargas, é suficiente que Padm
seja avaliada pelo critério de ruptura;
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
C.S.: coeficiente de segurança
CAPACIDADE DE CARGA DO 
SOLO
Coeficiente de segurança (C.S.), o valor deve ser tal que:
a. permita uma 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.
CAPACIDADE DE CARGA DO 
SOLO
A escolha do valor do coeficiente de segurança (C.S.), em
relação à ruptura do solo, e em relação à deformação
excessiva, dependem da precisão das informações disponíveis;
geralmente costuma-se adotar:
a. 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.
b. 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.
FÓRMULA DE TERZAGHI
� Considerada em um solo não coesivo uma “fundação corrida”, ou
seja, uma fundação com forma retangular alongada.
� Terzaghi aplicou a teoria da ruptura plástica dos metais por
puncionamento ao cálculo da capacidade de carga de um solo
homogêneo que suporta uma fundação corrida e superficial.
� O solo imediatamente abaixo da fundação forma uma “cunha”,
que em decorrência do atrito com a base da fundação se desloca
verticalmente, em conjunto com a fundação. O movimento dessa
“cunha” força o solo adjacente e produz então duas zonas de
cisalhamento, cada uma delas constituída por duas partes: uma de
cisalhamento radial e outra de cisalhamento linear.
(após a ruptura, desenvolvem-se no terreno 
de fundação três zonas: I, II e III)
FÓRMULA DE TERZAGHI
� A capacidade de suporte da fundação, ou seja, a
capacidade de carga, é igual à resistência oferecida ao
deslocamento pelas zonas de cisalhamento radial e
linear.
FÓRMULA DE TERZAGHI
FÓRMULA DE TERZAGHI
FÓRMULA DE TERZAGHI
FÓRMULA DE TERZAGHI
FÓRMULA DE TERZAGHI
FIM
OBRIGADA