Capacidade de Carga em Fundações Profundas

FUNDAÇÕES CP 08 Capacidade de carga em fundações profundas 2 CAPACIDADE DE CARGA DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS A estimativa da Capacidade de Carga de ruptura de uma fundação profunda tem por objetivo evitar seu colapso elemento estrutural ou evitar o escoamento do solo que confere sustentação ao elemento estrutural 3 CAPACIDADE DE CARGA DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS A capacidade de carga de ruptura de uma fundação profunda é definida pelo menor dos dois valores seguintes a resistência estrutural do material que compõe o elemento de fundação b resistência do solo que lhe confere suporte 4 CAPACIDADE DE CARGA EM TUBULÕES Os tubulões são fundações profundas em que se despreza a carga proveniente do atrito lateral assim o dimensionamento da base é feito de maneira análoga àquele para as sapatas 𝜎 𝑃 𝑃 𝐺 𝐺 5 CAPACIDADE DE CARGA EM TUBULÕES O tubulão é usado geralmente para grandes cargas por uma questão de custo dificilmente se fazem provas de carga sobre os mesmos 𝑃 𝐺 força devido à carga do pilar mais o peso do tubulão 𝜎 𝑃 𝑃 𝐺 𝐺 6 CAPACIDADE DE CARGA EM TUBULÕES Assim os métodos usados para estimar a tensão admissível do solo são os seguintes a Fórmula de Terzaghi analogamente ao que foi exposto para sapatas b Com base nos ensaio de laboratório para o solo 7 CAPACIDADE DE CARGA EM TUBULÕES c Com base no valor médio do SPT na profundidade da ordem de grandeza de duas vezes o diâmetro da base a partir da cota de assentamento da mesma 𝜎 𝑁 𝑚é𝑑𝑖𝑜 30 𝑀𝑃𝑎 Esta fórmula aplicase a 𝑁 𝑚é𝑑𝑖𝑜 20 8 EXEMPLO Determinar a capacidade de carga do solo para receber uma fundação em tubulão a céu aberto para uma carga de um pilar de 2500kN mais o peso próprio do tubulão estimado em 100kN o tubulão será assentado a uma profundidade de 9m 𝜎 𝑁 18 30 𝑀𝑃𝑎 06𝑀𝑃𝑎 𝑑 4𝐴 𝜋 4 433𝑚 𝜋 235𝑚 𝐴 𝑃 𝐺 𝜎 2500 100 10𝑁 06𝑁𝑚𝑚 𝐴 𝐹 𝐺 𝜎 2500 100 10𝑁 06𝑁𝑚𝑚 433𝑚 𝑁 18 20 18 32 90 5 365 bulbo pressão 2 235𝑚 47𝑚 9 CAPACIDADE DE CARGA EM ESTACAS Em estacas a carga última 𝑃G é dada pela soma da parcela de atrito lateral 𝑃H e da ponta 𝑃I 10 CAPACIDADE DE CARGA EM ESTACAS As parcelas de atrito lateral e de ponta ocorrem para diferentes valores de recalque Atrito lateral cisalhamento pequenas deformações Resistência de ponta compressão grandes deformações 11 CAPACIDADE DE CARGA EM ESTACAS A determinação da capacidade de carga de uma estaca isolada pode ser feita por Métodos Estáticos fórmulas estáticas teóricas ou semiempíricas Métodos Dinâmicos fórmulas dinâmicas ou Provas de carga 12 CAPACIDADE DE CARGA EM ESTACAS Métodos Estáticos fórmulas estáticas teóricas ou semiempíricas Utilizase de métodos convencionais da Mecânica dos Solos para a avaliação a partir de parâmetros previamente determinados Métodos Dinâmicos fórmulas dinâmicas Utilizase de dados obtidos no campo na cravação da estaca 13 CAPACIDADE DE CARGA EM ESTACAS Provas de carga A avaliação da carga força de ruptura de uma estaca pode ser feita através da interpretação das curvas cargarecalque obtidas de provas de carga estáticas executadas por diversos métodos 14 CAPACIDADE DE CARGA EM ESTACAS Métodos estáticos teóricos A estimativa da capacidade de carga de uma estaca com base em métodos teóricos como Terzaghi não conduz a resultados satisfatórios por conta dos seguintes fatores Impossibilidade prática de conhecer com certeza o estado de tensões do terreno em repouso e estabelecer com precisão as condições de drenagem que definem o comportamento de cada uma das camadas que compõem o perfil atravessado pela estaca e onde a sua ponta se apoia 15 CAPACIDADE DE CARGA EM ESTACAS Métodos estáticos teóricos A dificuldade que existe para determinar com exatidão a resistência ao cisalhamento dos solos que interessam à fundação A influencia que o método executivo da estaca exerce sobre o estado de solicitação e sobre as propriedades do solo em particular sobre sua resistência sobre a vizinhança da estaca 16 CAPACIDADE DE CARGA EM ESTACAS Métodos estáticos teóricos A falta de simultaneidade no desenvolvimento proporcional da resistência de atrito e de ponta Em geral a resistência por atrito se esgoto muito antes da resistência de ponta chegar ao seu valor máximo Heterogeneidade do solo onde se crava as estacas 17 CAPACIDADE DE CARGA EM ESTACAS Métodos estáticos semiempíricos Pelas razões anteriormente expostas as formulas empíricas são de uso mais corrente A seguir serão expostos os métodos de Aoki e Velloso 1975 e de Decourt 1987 Em ambos os métodos a carga de ruptura 𝑃G é igual à soma das parcelas 𝑃H e 𝑃I e a carga admissível 𝑃JKL é obtida usando os fatores de segurança abaixo 𝑃G 𝑃H 𝑃I 𝑃JKL 𝑃H 13 𝑃I 4 18 CAPACIDADE DE CARGA EM ESTACAS Métodos estáticos semiempíricos Resistencia na ponta 𝑃I 𝑃I 𝐴 𝑟I 𝐴 área da projeção da ponta da estaca No caso de estaca tipo Franki assimilar o volume da base alargada a uma esfera e calcular a área da seção transversal 19 CAPACIDADE DE CARGA EM ESTACAS Métodos estáticos semiempíricos Resistencia lateral 𝑃H 𝑃H 𝑈𝑙 𝑟H 𝑈 perímetro da seção transversal do fuste 𝑙 trecho onde se admite 𝑟H constante 20 CAPACIDADE DE CARGA EM ESTACAS Métodos estáticos semiempíricos A diferença entre os dois métodos esta na estimativa dos valores de 𝑟H e 𝑟I Segundo Aoki e Velloso 𝑟I 𝑘 𝑁 𝐹M 𝑞N 𝐹M 𝑟H 𝛼 𝑘 𝑁 𝐹O 𝛼 𝑞N 𝐹O 𝑁 valor do SPT 𝛼 e 𝐾 são apresentados na tabela 46 𝐹M e 𝐹O são apresentados na tabela 45 21 CAPACIDADE DE CARGA EM ESTACAS Métodos estáticos semiempíricos K e α por Aoki e Velloso 22 CAPACIDADE DE CARGA EM ESTACAS Métodos estáticos semiempíricos Fatores F1 e F2 por Aoki e Velloso 23 EXEMPLO 01 Utilizando o método de Aoki e Velloso calcule a carga admissível de uma estaca tipo Franki com diâmetro de fuste de 40𝑐𝑚 e volume da base de 180 litros O comprimento da estaca e as características geotécnicas do solo são dados a seguir O volume de uma esfera é dado por V 4𝜋𝑟P3 Argila arenosa mole Argila siltoarenosa mole Areia siltosa fofa Areia siltosa medianamente compacta Areia siltosa compacta Areia siltosa muito compacta 25 Resolução por Aoki e Velloso Resistencia na ponta 𝑃I da estaca V 4𝜋𝑟 3 r 3𝑉 4𝜋 A 𝜋𝑟 A 𝜋 3𝑉 4𝜋 𝜋 3 018𝑚³ 4𝜋 0385𝑚 0385 10 𝑚𝑚 𝑟 𝑘 𝑁 𝐹0 𝑃 𝐴 𝑟 𝑘 08𝑀𝑃𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑖𝑎 𝑠𝑖𝑙𝑡𝑜𝑠𝑎 𝐹0 25𝑒𝑠𝑡𝑎𝑐𝑎 𝐹𝑟𝑎𝑛𝑘𝑖 𝑟 080𝑀𝑃𝑎 20 25 576𝑀𝑃𝑎 𝑁 20 𝑃 0385 10𝑚𝑚 576𝑁 𝑚𝑚 222 10𝑁 2220𝑘𝑁 26 RESOLUÇÃO Resistencia no fuste 𝑃H Determinação das camadas 𝑃 𝑈𝑙 𝑟 com 𝑟 𝛼 𝑘 𝑁 𝐹 27 RESOLUÇÃO Resistencia no fuste 𝑃H b 𝜋 𝑑 𝑙 𝑟1 237843𝑘𝑁 Δl K α N rL UΔlrL Acum mm MPa MPa kN kN 1 2000 035 240 2 00034 8445 8445 2 500 033 300 5 00099 6220 14665 3 500 080 200 5 00160 10053 24718 4 1000 080 200 4 00128 16085 40803 5 2000 080 200 5 00160 40212 81015 6 1000 080 200 9 00288 36191 117206 7 1000 080 200 10 00320 40212 157419 8 1000 080 200 18 00576 72382 229801 9 100 080 200 20 00640 8042 237843 F2 5 Umm 1257 Camada 28 RESOLUÇÃO Conhecidas a cargas de ruptura na ponta e no fuste as carga admissível da estaca será 𝑃JKL 𝑃H 13 𝑃I 4 237𝑘𝑁 13 2220𝑘𝑁 4 737𝑘𝑁 29 EXERCÍCIO 02 Com os dados do próximo slide calcular a carga admissível de uma estaca prémoldada com diâmetro 40𝑐𝑚 usando o método de Aoki e Velloso Argila arenosa mole Argila siltoarenosa Areia siltosa pouco argilosa Argila siltoza pouco arenosa rija 31 RESOLUÇÃO Resistencia na ponta 𝑃I da estaca A 𝜋𝑅 A 𝜋 200 𝑚𝑚 1256636𝑚𝑚 𝑟 𝑘 𝑁 𝐹0 𝑃 𝐴 𝑟 𝑘 022𝑀𝑃𝑎 𝑎𝑟𝑔𝑖𝑙𝑎 𝑠𝑖𝑙𝑡𝑜𝑠𝑎 𝐹0 175𝑒𝑠𝑡𝑎𝑐𝑎 𝑝𝑟é 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑎𝑑𝑎 𝑟 022𝑀𝑃𝑎 25 175 314𝑀𝑃𝑎 𝑁 25 𝑃 1256636𝑚𝑚 314𝑁 𝑚𝑚 3945𝑘𝑁 32 RESOLUÇÃO Resistencia no fuste 𝑃H b 𝜋 𝑑 𝑙 𝑟1 323781𝑘𝑁 Δl α K N F2 rL UΔlrL Acum mm Nmm² Nmm² Nmm kN 10 50000 240 035 7 35 00168 10556 10556 20 100000 400 022 8 35 00201 25276 35832 30 100000 200 080 8 35 00366 45957 81789 40 100000 200 080 7 35 00320 40212 122001 50 100000 200 080 9 35 00411 51702 173703 60 100000 400 022 16 35 00402 50553 224256 70 100000 400 022 19 35 00478 60031 284287 80 50000 400 022 25 35 00629 39494 323781 Camada Argila arenosa mole Argila siltosa pouco arenosa Areia siltosa pouco argilosa Argila siltosa pouco arenosa rija 34 RESOLUÇÃO Conhecidas a cargas de ruptura na ponta e no fuste as carga admissível da estaca será 𝑃JKL 𝑃H 13 𝑃I 4 323781𝑘𝑁 13 3945𝐾𝑁 4 34768𝑘𝑁 35 EXERCÍCIO 03 Com os dados do próximo slide calcular a carga admissível de uma estaca prémoldada com diâmetro 40𝑐𝑚 usando o método de Aoki e Velloso Argila arenosa mole 37 RESOLUÇÃO Resistencia na ponta 𝑃I da estaca A 𝜋𝑅 A 𝜋 200 𝑚𝑚 1256636𝑚𝑚 𝑟 𝑘 𝑁 𝐹0 𝑃 𝐴 𝑟 𝑘 022𝑀𝑃𝑎 𝑎𝑟𝑔𝑖𝑙𝑎 𝑠𝑖𝑙𝑡𝑜𝑠𝑎 𝐹0 175𝑒𝑠𝑡𝑎𝑐𝑎 𝑝𝑟é 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑎𝑑𝑎 𝑟 022𝑀𝑃𝑎 25 175 314𝑀𝑃𝑎 𝑁 25 𝑃 1256636𝑚𝑚 314𝑁 𝑚𝑚 3945𝑘𝑁 38 RESOLUÇÃO Resistencia no fuste 𝑃H b 𝜋 𝑑 𝑙 𝑟1 323781𝑘𝑁 Δl α K N F2 rL UΔlrL Acum mm Nmm² Nmm² Nmm kN 10 50000 240 035 7 35 00168 10556 10556 20 100000 400 022 8 35 00201 25276 35832 30 100000 200 080 8 35 00366 45957 81789 40 100000 200 080 7 35 00320 40212 122001 50 100000 200 080 9 35 00411 51702 173703 60 100000 400 022 16 35 00402 50553 224256 70 100000 400 022 19 35 00478 60031 284287 80 50000 400 022 25 35 00629 39494 323781 Camada Argila arenosa mole 40 RESOLUÇÃO Conhecidas a cargas de ruptura na ponta e no fuste as carga admissível da estaca será 𝑃JKL 𝑃H 13 𝑃I 4 323781𝑘𝑁 13 3945𝐾𝑁 4 34768𝑘𝑁 41 CAPACIDADE DE CARGA EM ESTACAS Métodos estáticos semiempíricos Resistencia de ponta segundo Decourt 𝑟I 𝐶 O𝑁 O𝑁 média entre os SPTs da ponta da estaca e o imediatamente acima e abaixo Os valores entre parênteses referemse às estacas escavadas 42 CAPACIDADE DE CARGA EM ESTACAS Métodos estáticos semiempíricos Resistencia de ponta segundo Decourt 𝑟H 10 𝑁 3 1 em kPa 𝑁 valor do SPT Não se adota valores de 𝑁 menores que 3 nem superiores a 50 43 EXERCÍCIO 03 Utilizando o método de Decourt calcule a carga admissível de uma estaca tipo Franki com diâmetro de fuste de 40𝑐𝑚 e volume da base de 180 litros O comprimento da estaca e as características geotécnicas do solo são dados a seguir O volume de uma esfera é dado por V 4𝜋𝑅P3 Argila arenosa mole 45 Resolução por Aoki e Velloso Resistencia na ponta 𝑃I da estaca V 4𝜋𝑅 3 R 3𝑉 4𝜋 A 𝜋𝑅 A 𝜋 3𝑉 4𝜋 𝜋 3 018𝑚³ 4𝜋 0385𝑚 0385 10 𝑚𝑚 𝑟 𝐶 k𝑁 𝑃 𝐴 𝑟 𝑟 04𝑀𝑃𝑎 1866 7464𝑀𝑃𝑎 𝑃 0385 10𝑚𝑚 7464𝑁 𝑚𝑚 2464 10𝑁 2873𝑘𝑁 𝐶 400𝑘𝑃𝑎𝐴𝑟𝑒𝑖𝑎 k𝑁 18 20 18 3 1866 46 RESOLUÇÃO Resistencia no fuste 𝑃H Determinação das camadas 𝑃 𝑈𝑙 𝑟 com 𝑟 10 𝑁 3 1 kPa 47 RESOLUÇÃO Resistencia no fuste 𝑃H b 𝜋 𝑑 𝑙 𝑟1 382436𝑘𝑁 Δl N rL UΔlrL Acum mm Nmm² kN kN 1 200000 3 002 50265 50265 2 100000 5 003 33510 83776 3 100000 4 002 29322 113097 4 200000 5 003 67021 180118 5 100000 9 004 50265 230383 6 100000 10 004 54454 284837 7 100000 18 007 87965 372802 8 10000 20 008 9634 382436 Camada 48 RESOLUÇÃO Conhecidas a cargas de ruptura na ponta e no fuste as carga admissível da estaca será 𝑃JKL 𝑃H 13 𝑃I 4 382436𝑘𝑁 13 2873𝑘𝑁 4 1012𝑘𝑁 49 EXERCÍCIO 02 Com os dados do próximo slide calcular a carga admissível de uma estaca prémoldada com diâmetro 40𝑐𝑚 usando o método de Decourt CA 05 m Argila arenosa mole 51 RESOLUÇÃO Resistencia na ponta 𝑃I da estaca A 𝜋𝑅 A 𝜋 200 𝑚𝑚 1256636𝑚𝑚 𝑃 𝐴 𝑟 𝑟 𝐶 k𝑁 𝑟 0120𝑀𝑃𝑎 2333 28𝑀𝑃𝑎 𝑃 1256636𝑚𝑚 28𝑁 𝑚𝑚 351000𝑁 351𝑘𝑁 𝐶 120𝑘𝑃𝑎𝐴𝑟𝑔𝑖𝑙𝑎 k𝑁 19 25 26 3 2333 CA 05 m Argila arenosa mole 53 RESOLUÇÃO Resistencia no fuste 𝑃H b 𝜋 𝑑 𝑙 𝑟1 435634𝑘𝑁 Δl N rL UΔlrL Acum mm Nmm² kN kN 1 50000 7 003 20944 20944 2 200000 8 004 92153 113097 3 100000 7 003 41888 154985 4 100000 9 004 50265 205251 5 100000 16 006 79587 284837 6 100000 19 007 92153 376991 7 50000 25 009 58643 435634 Umm 1257 Camada 54 RESOLUÇÃO Conhecidas a cargas de ruptura na ponta e no fuste as carga admissível da estaca será 𝑃JKL 𝑃H 13 𝑃I 4 435634𝑘𝑁 13 351𝐾𝑁 4 422𝑘𝑁 55 EXERCÍCIO CASA Com os dados do próximo slide calcular a carga admissível de uma estaca escavada com diâmetro 100𝑐𝑚 arrasada na cota de 05m e com 70m de comprimento usando o método de Aoki e Velloso e pelo de Decourt CA 05 m Argila arenosa mole