4MA1026D-Aula 04_Análise e projeto de fundações superficiais_Fundações_2021

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FUNDAÇÕES
PROF. LUANA BERNARDETE DARIVA
O que aprenderemos nesta aula?
✓ Como se faz para iniciar?
✓ Introdução;
✓ Conceitos Básicos;
✓ Tipos de Fundações Superficiais;
✓ Capacidade de Carga de Fundações Superficiais.
AULA 04 – Análise e projeto de fundações 
superficiais
Como se faz para iniciar?
Esta é uma pergunta que é provável que você pergunte ou ao seu instrutor 
ou ao seu empregador acerca de seu primeiro projeto. Esta lista irá lhe 
ajudar:
• Reunir o máximo de informação possível sobre o projeto, tal como a sua 
localização, finalidade, cargas, importância, edifícios vizinhos, impacto 
ambiental, estimativas de custos, e assim por diante.
• Fazer uma visita ao local e perfurar alguns rasos ou sondagens 
superficiais.
• Realizar análises preliminares utilizando dados geotécnicos disponíveis 
e parâmetros do solo presumíveis, deve-se considerar uma série de 
parâmetros de solo que se acredite que possa caracterizar o solo.
Como se faz para iniciar?
Esta é uma pergunta que é provável que você pergunte ou ao seu instrutor 
ou ao seu empregador acerca de seu primeiro projeto. Esta lista irá lhe 
ajudar:
• Planejar e executar uma investigação do solo. Análises preliminares 
ajudam a decidir sobre os parâmetros do solo a serem obtidos e a 
extensão da investigação solo. O engenheiro geotécnico é o único que 
deve ser decidir sobre os parâmetros do solo a serem usados em um 
projeto. Este é um passo crucial, porque o ELU e ELS dependem 
diretamente dos parâmetros de resistência do solo e da deformação. A 
má avaliação dos parâmetros do solo poderia resultar em (a) uma obra 
antieconômica, (b) o ELU de ruptura atingido ou ultrapassado, (c) a 
estrutura não satisfazendo sua concepção de projeto – ELS 
ultrapassado e (d) a perda de propriedades e vidas.
Como se faz para iniciar?
Esta é uma pergunta que é provável que você pergunte ou ao seu 
instrutor ou ao seu empregador acerca de seu primeiro projeto. Esta 
lista irá lhe ajudar:
• Projetar a obra para obedecer às normas. Lembre-se de que na 
execução do projeto deve-se considerar como a obra será 
construída.
• Não se deve admitir qualquer valor, a partir de cálculos, como um 
valor absoluto. Em vez disso, qualquer valor calculado, tal como o 
recalque, deve ser considerado como um valor estimado 
esperado. 
• Uma boa dica de leitura é o artigo sobre projeto de obra de terra 
elaborado por Casagrande (1960).
Introdução 
As cargas de uma estrutura são transferidas para o solo através de 
uma fundação. A própria fundação é uma estrutura em geral 
construída em concreto, aço ou madeira. Um engenheiro geotécnico 
deve garantir que a fundação satisfaça as seguintes condições de 
estabilidade:
1. A fundação não deve se romper ou se tornar instável quando sob 
qualquer tipo de carga prevista.
2. Os recalques da estrutura devem estar dentro dos limites 
toleráveis.
Esses dois requisitos devem ser satisfeitos. 
Introdução 
A execução da fundação em campo deve ser possível, tanto em termos de 
processos construtivos, quanto econômicos.
A definição da geometria da fundação superficial tem como objetivo 
prevenir a ruptura do solo e limitar o recalque a um valor dentro do limite 
de tolerância.
É o recalque que governa o projeto de fundações superficiais.
Para isto devemos:
1. Calcular o valor seguro para a capacidade de carga;
2. Estimar o recalque de uma fundação superficial; 
3. Estimar a dimensão de uma fundação superficial, que vai satisfazer 
tanto o estado limite último, quanto o estado limite de serviço.
Introdução 
Para isto devemos:
1. Estado Limite Último (ELU) – delimita a resistência de uma obra 
geotécnica ou componente que não deve ser excedida por 
qualquer carregamento concebível durante a sua vida útil.
2. Estado Limite de Serviço (ELS) – delimita uma deformação limite 
(deslocamento, rotação e recalque) de uma obra geotécnica ou 
componente que, se excedida, irá comprometer sua função.
3. Ruptura – é a incapacidade de uma obra geotécnica, quer como 
todo ou em parte, para desempenhar suas funções e destinações 
concebidas.
Introdução 
Todos os projetos de fundação envolvem risco de colapso. 
Não há nada certo sobre um projeto de fundações. Cada aspecto do processo de 
projeto envolve incertezas e, consequentemente, o risco de colapso.
As incertezas no projeto de fundações vêm de uma série de fatores, entre elas 
podemos destacar:
1. Incerteza sobre a magnitude e direção das cargas;
2. Incerteza inerente ou natural sobre a formação do solo;
3. Incerteza epistêmica, que é a falta de conhecimento ou posse de 
informações incompletas ou insuficientes sobre os parâmetros dos solos, dos 
métodos de cálculo ou modelagem do solo e métodos de construção;
4. Erros humanos – tais como cálculos incorretos e falta de experiência podem 
ser eliminados com o controle de qualidade e pela passagem do tempo 
(experiência).
Conceitos Básicos
A partir desta aula adotaremos termos principais que são definidos 
como:
• Fundação é a estrutura que transmite as cargas para o solo 
subjacente.
• Espessura de embutimento (Df) é a espessura de solo, desde 
o greide acabado (superfície do terreno acabada – topo da 
terraplenagem) até a cota de assentamento, na qual a base da 
fundação se apoia.
• Fundação superficial é um tipo de fundação para a qual a 
razão entre a profundidade de embutimento, Df, e a menor 
dimensão do plano, a qual é geralmente a largura, B, é menor 
ou igual a 2,5 (ou seja, ൗ
𝐷𝑓
𝐵 ≤ 2,5).
Conceitos Básicos
A partir desta aula adotaremos termos principais que são definidos 
como:
• Capacidade de carga última líquida (qu) é o valor máximo de 
tensão (acréscimo de tensão, além da tensão geostática inicial) que 
o solo pode suportar.
• Capacidade de carga última bruta (qult) é o valor máximo de tensão 
que o solo pode suportar.
• Tensão admissível ou Capacidade de carga considerando a 
segurança (qa) é o valor da tensão de trabalho que vai garantir uma 
margem de segurança referente ao colapso da estrutura do solo 
quanto à ruptura ao cisalhamento. A tensão admissível é, em geral, 
uma fração da carga de máxima tensão que o solo pode suportar.
Conceitos Básicos
A partir desta aula adotaremos termos principais que são definidos 
como:
• Estado limite último define a carga ou a tensão limite que não pode 
ser excedida sob nenhuma carga prevista ou concebida durante a 
vida útil da obra geotécnica.
• Estado limite de serviço define a deformação limite ou o recalque 
de uma fundação que, se excedida, vai prejudicar a operação da 
estrutura suportada pela fundação.
• Fator de segurança (FS) é a razão entre a capacidade de carga 
(líquida) e a tensão admissível ou com a relação à tensão vertical 
máxima aplicada. Na engenharia, o fator de segurança se situa entre 
2 a 3 (3 é, em geral, o mais utilizado) para calcular a tensão 
admissível.
Tipos de Fundações Superficiais
Relembrando:
• Uma fundação isolada, nominada fundação individual, transfere cargas 
individuais de pilares diretamente para o solo.
• Se ocorrer a sobreposição de uma sapata isolada com outra, as duas podem 
ser combinadas para formar uma fundação combinada (associada).
• Quando há a necessidade de um grande número de fundações combinadas 
para uma estrutura, pode ser mais econômico a utilização de uma laje de 
fundação ou de um radier.
• As paredes são suportadas utilizando-se sapata corrida, a relação entre a 
largura da sapara corrida (B) e seu comprimento (L) é pequena (B/L > 10).
• Em um terreno com talude, a fundação pode se apoiar no topo do talude, ou 
no talude, ou pode ser executada em degraus.
Tipos de Fundações Superficiais
A escolha do tipo de fundação é baseada na experiência e norteada 
por:
•Condições geológicas – topografia, tipo de solo, estratigrafia e 
água subterrânea.
•Condições de carregamento – tipo de carregamento, tais como 
carregamento verticais, momentos, cargas horizontais e cargas 
excêntricas – e a magnitude das cargas. Por exemplo: fundações 
superficiaisnão suportam grandes momentos ou grandes forças 
horizontais.
•Método construtivo – métodos construtivos utilizados 
regionalmente, tipos de equipamentos necessários e disponíveis, 
mão de obra necessária, qualificada ou não, e disponibilidade.
Tipos de Fundações Superficiais
A escolha do tipo de fundação é baseada na experiência e norteada 
por:
•Normas e códigos de obras locais.
•Condições ambientais, tais como chuva, barulho, tráfego e 
disposição do material escavado do local da obra.
•Impacto nas estruturas vizinhas. Por exemplo: fundações isoladas 
podem ter de ser combinadas, pois, de outra forma, elas vão 
ultrapassar a propriedade adjacente.
•Necessidades do proprietário, tais como o tempo necessário para 
a obra e os custos.
Capacidade de carga de fundações 
superficiais 
Existe um grande número de equações para a estimativa da 
capacidade de carga dos solos.
Em geral, elas fornecem valores diferentes de capacidade de 
carga para as mesmas condições de contorno. 
É importante compreender as hipóteses e as limitações destas 
equações para o projeto de fundações superficiais.
Serão apresentadas as equações com o uso mais difundido na 
prática.
Capacidade de carga de fundações 
superficiais 
Existe um grande número de equações para a estimativa da 
capacidade de carga dos solos.
Em geral, elas fornecem valores diferentes de capacidade de 
carga para as mesmas condições de contorno. 
É importante compreender as hipóteses e as limitações destas 
equações para o projeto de fundações superficiais.
Serão apresentadas as equações com o uso mais difundido na 
prática.
Capacidade de carga de fundações 
superficiais 
Existe um grande número de equações para a estimativa da 
capacidade de carga dos solos.
Em geral, elas fornecem valores diferentes de capacidade de 
carga para as mesmas condições de contorno. 
É importante compreender as hipóteses e as limitações destas 
equações para o projeto de fundações superficiais.
Serão apresentadas as equações com o uso mais difundido na 
prática.
Capacidade de carga de fundações 
superficiais 
As equações teóricas de capacidade de carga de uso comum em 
projetos de fundações forma obtidas a partir do método do 
equilíbrio limite. 
Prandtl (1920) mostrou que uma cunha de material é confinada 
abaixo de uma placa rígida quando submetida a cargas 
concêntricas verticais.
Terzaghi (1943) aplicou a teoria de Prandtl a uma sapata corrida, 
considerando que o solo é semi-infinito, homogêneo, isotrópico, 
um material rígido-plástico, sem peso.
Capacidade de carga de fundações 
superficiais 
• Para solos compactos, de granulometria grossa ou solos finos muito 
sobreadensados, os planos de ruptura é denominado modo de 
ruptura generalizado.
• Para solos grossos fofos ou solos finos levemente sobreadeansados, 
os planos de ruptura devem ocorrer dentro da camada de solo 
abaixo da fundação e se estender lateralmente – ruptura localizada.
• Para solos de granulometria grossa, muito fofos, as superfícies de 
ruptura podem ficar confinadas à cunha de ruptura – ruptura por 
punção.
• Para solos de granulometria grossa, cada um destes mecanismos de 
colapso dependem da compacidade relativa, Dr, do solo e da 
profundidade de embutimento.
Capacidade de carga de fundações 
superficiais 
• Para a maioria das fundações rasas, a ruptura generalizada ocorre 
em solos de granulometria grossa com Dr≥70% do solo e da 
profundidade de embutimento.
• A ruptura localizada tende a acontecer quando 30% ≤ Dr < 70%.
• O recalque que mobilizará a ruptura generalizada sob a fundação 
apoiada em um solo de granulometria fina é de 3% a 7% da largura 
da fundação e da ordem de 15% para fundações com embutimento 
elevado.
• Para solos de granulometria grossa, os recalques correspondentes 
são de 5% e de 15% para fundações mais superficiais e de 25% para 
fundações com embutimento elevado.
Até a próxima aula!
Um forte abraços a todos!
Prof. Luana B Dariva