Capacidade de Carga em Fundações Profundas

UNIDADE CURRICULAR DE NOME DA UC Prof 1 e Prof 2 Estruturas de fundações e contenções Aula 9 Capacidade de carga Prof Caroline Sales Considerações iniciais A capacidade de carga de ruptura de fundações profundas com objetivo de evitar seu colapso ou o escoamento do solo que lhe confere sustentação 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 O conceito de carga de ruptura é relativamente diverso Segundo Décourt a carga de ruptura é definida como sendo a carga corresponde a deformação de ponta ou do topo da estaca correspondente ao valor de 10 de seu diâmetro no caso de estacas de deslocamento grande ou pequeno e de estacas escavadas em argilas e de 30 de seu diâmetro no caso de estacas escavadas em solos granulares Capacidade de carga Força aplicada sobre a estaca ou o tubulão provocando apenas recalques que a construção pode suportar sem inconvenientes e oferecendo simultaneamente segurança satisfatória contra a ruptura ou o escoamento do solo ou do elemento de fundação A capacidade de carga depende de dados do solo e da profundidade de implantação do elemento Capacidade de carga A estimativa da Capacidade de Carga de ruptura de uma fundação profunda tem por objetivo evitar seu colapso evitar o escoamento do solo que lhe confere sustentação Capacidade de carga 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 Capacidade de carga A capacidade de carga de ruptura última Pu de uma fundação profunda do tipo estaca se compõe de duas parcelas A resistência de atrito lateral A resistência de ponta Capacidade de carga Se no entanto por qualquer motivo por exemplo adensamento de uma camada compressível o movimento relativo solo estaca é tal que o solo se desloca mais que a estaca ocorre o chamado atrito negativo solo sobre a estaca o qual sobrecarrega a estaca Isto pode ocorrer quando proveniente da carga do aterro ou ocasionado pelo aumento das pressões efetivas devidas a um rebaixamento do nível do lençol dàgua Capacidade de carga A determinação da capacidade de carga de uma estaca isolada pode ser feita por fórmulas estáticas teóricas ou empíricas fórmulas dinâmicas ou provas de carga Prova de carga A avaliação da carga de ruptura de uma estaca pode ser feita através da interpretação das curvas cargarecalque obtidas de provas de carga estáticas executadas por diversos métodos Entre eles podem ser citados o prescrito na NBR6122 o de Davisson e o de Van der Veen A utilização deste procedimento no entanto se justifica para grandes obras ou para aquelas em que há muita incerteza no seu dimensionamento A interpretação destas verificações não serão abordadas neste curso que se propõe a fazer uma introdução à prática da Engenharia de Fundações Prova de carga Para saber mais httpswwwyoutubecomwatchvoEX5MZQwRJg Formulação Estática Utilizase de métodos convencionais da Mecânica dos Solos para a avaliação a partir de parâmetros previamente determinados Terzaghi Voltei Formulação Estática As equações baseiamse nas caracteristicas do terreno as quais deverão ser determinadas experimentalmente em cada caso A capacidade de carga de uma estaca é igual a Formulação Estática Psu Afuste fu atrito lateral médio Pu Capacidade de carga última Psu Pbu W Resistência relativa ao Atrito Lateral Resistência relativa a Base Peso da estaca Pbu Abase qu resistência de ponta Formulação dinâmica Metodologias que partem da medida da nega que é a penetração que sofre a estaca ao receber um golpe do pilão no final da cravação Observese que a nega é uma condição necessária mas não suficiente para se conhecer a capacidade de carga de uma estaca Formulação dinâmica Se a ponta da estaca está em uma formação muito pouco permeável desenvolvemse pressões neutras que dissipadas ao longo do tempo faz com que a nega aumente Se a ponta da estaca destrói a estrutura do solo e esta se recupera com o tempo fenômeno análogo à tixotropia a nega pode diminuir Formulações dinâmicas servem para o controle da cravação não fornecendo o valor da capacidade de carga estática A utilização de fórmulas Dinâmicas deve ser feita em conjunto com análises estáticas e resultados de prova de carga Formulação dinâmica onde R é a resultante das forças exercidas pelo solo e é a penetração da estaca para um golpe do martelo Q é o peso da estaca P é o peso do martelo e h é a altura de queda do martelo sobre a estaca Formulação dinâmica O uso destas expressões matemáticas permite a determinação de valores numéricos limites para a chamada nega das estacas ou seja o valor que deve ser obtido na cravação para garantir dinamicamente vejam que são utilizados fatores de segurança extremamente elevados a capacidade de carga esperada para a estaca Formulação dinâmica Mesmo a capacidade de carga sendo avaliada em projeto o controle da capacidade de carga em estacas é tradicionalmente efetuado através da nega Considerase satisfatória a profundidade atingida quando o elemento estrutural recusase a penetrar no solo obtendose uma nega predeterminada Na prática diária se as negas não são satisfatórias a estaca é recusada Ocorre que sendo a nega apenas um indicador de impenetrabilidade do elemento estrutural no solo Métodos Diretos para Cálculo da Capacidade de Carga por meio do SPT A utilização dos resultados deste ensaio na determinação da capacidade de carga das fundações seja quanto à ruptura seja quanto aos recalques pode ser feita diretamente isto é por meio de correlações entre carga de ruptura ou recalque e o índice de penetração N ou indiretamente isto é por meio de correlações entre N e ou parâmetros de resistência ao cisalhamento e com previsibilidade cujos valores assim determinados são levados às fórmulas da Mecânica dos Solos Métodos Diretos para Cálculo da Capacidade de Carga por meio do SPT MÉTODO DE MEYERHOF Métodos Diretos para Cálculo da Capacidade de Carga por meio do SPT MÉTODO DE MEYERHOF Métodos Diretos para Cálculo da Capacidade de Carga por meio do SPT MÉTODO DE MEYERHOF Métodos Diretos para Cálculo da Capacidade de Carga por meio do SPT MÉTODO DE MEYERHOF EXPERIÊNCIA BRASILEIRA MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS De acordo com a NBR 6122 são considerados métodos semiempíricos aqueles em que as propriedades dos materiais estimados com base em correlações são usadas em teorias adaptadas da Mecânica dos Solos São relações relativamente simples porém baseado em experiência dos seus autores com base em estudos estatísticos como destaca Schnaid 2000 que atribui os métodos como estatístico nas próprias denominações dos mesmos e que devem ser aplicados com bastante propriedade A preocupação do seu uso indevido levou Dirceu Velloso a escrever em 1998 publicado por Schnaid 2000 As correlações baseadas no SPT são malditas porém são necessárias Ainda assim pelo uso indevido da metodologia há ocasiões em que me arrependo de têlas publicado EXPERIÊNCIA BRASILEIRA MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS AOKIVELLOSO EXPERIÊNCIA BRASILEIRA MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS EXPERIÊNCIA BRASILEIRA MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS EXPERIÊNCIA BRASILEIRA MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS EXPERIÊNCIA BRASILEIRA MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS EXPERIÊNCIA BRASILEIRA MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS EXPERIÊNCIA BRASILEIRA MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS 2 EXPERIÊNCIA BRASILEIRA MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS MÉTODO ESTATÍSTICO DE DÉCOURTQUARESMA Leva em conta os valores de SPT além de no caso da resistência de ponta o tipo de solo Embora o estudo tenha sido efetuado basicamente para estacas pré moldadas de concreto admitimos em primeira aproximação que seja também válida para estacas tipo Franki para estacas Strauss apenas com ponta em argila como aliás deve sempre ocorrer e estacas escavadas EXPERIÊNCIA BRASILEIRA MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS EXPERIÊNCIA BRASILEIRA MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS Contribuições ao MÉTODO por DÉCOURT 1982 EXPERIÊNCIA BRASILEIRA MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS Contribuições ao MÉTODO por DÉCOURT 1982 EXPERIÊNCIA BRASILEIRA MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS Contribuições ao MÉTODO por DÉCOURT 1982 EXPERIÊNCIA BRASILEIRA MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS MÉTODO DÉCOURTQUARESMA 1996 EXPERIÊNCIA BRASILEIRA MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS MÉTODO DÉCOURTQUARESMA 1996 Obtidos os valores de atrito e base unitários temse o valor final de capacidade de carga na ruptura último multiplicandose estes valores pelas suas áreas correspondentes como no método de AokiVelloso Para o cálculo da carga admissível útil da estaca devese adotar os Fatores de Segurança sugeridos pelos autores EXPERIÊNCIA BRASILEIRA MÉTODOS SEMI EMPÍRICOS Para saber mais sobre outras metodologias nacionais recomendase a leitura da apostila httpswwwufjfbrnugeofiles201707 GEF06CapacidadedeCarga FundProfunda201811pdf Capacidade Estrutural de Estacas Uma vez dimensionado geotecnicamente uma fundação em estacas devese observar a sua capacidade estrutural assim como será analisada tal capacidade no caso das estacas trabalharem de ponta Neste segundo caso trabalhando exclusivamente por ponta o dimensionamento se faz fundamentalmente avaliando a condição de capacidade de carga estrutural Escolhido o tipo de estaca podemse verificar a capacidade estrutural com o fornecedor das estacas ou adotar valores com base em tabelas como a seguir apresentada segundo Alonso 1992 que tem o caráter de ser apenas orientadora assim como são apresentados também nesta tabela os espaçamentos mínimos a serem adotados entre eixos entre estacas d ou em relação à divisas a O cálculo do número de estacas a partir apenas da carga estrutural máxima carga admissível é frequentemente determinado dividindo a carga do pilar pela Carga Admissível admitida para a estaca O assunto continua na próxima aula remota Exercício proposto Utilizando o método de Aoki e Velloso calcular a carga admissível de uma estaca do tipo Franki com diâmetro do fuste 40 cm e volume da base V 180 l O comprimento da estaca e as características geotécnicas do solo são dados a seguir Solução Perímetro da estaca U π 04 126 m Raio da esfera correspondente ao volume da base frac43 πR3 018 R 035 m Área da base A π 0352 038 m² Cálculo de PL kN ℓ m N médio K MNm² x Rp kN kNm² Rf x kN kNm² Rf kNm² U t Rf F2 kNm² 200 2 035 24 700 168 336 85 050 2 033 30 660 198 396 25 450 5 080 20 4 000 160 907 200 10 080 20 8 000 1600 320 806 010 18 080 20 14 400 2880 576 73 PL kN 1896 Seja PL 190 kN Cálculo de PP kN rp KN F1 08 18 25 58 MNm² ou 5 800 kNm² PP 038 5 800 2 200 kN Cálculo da carga de ruptura PR PL PP 190 2 200 2 390 kN Cálculo da carga admissível P PR 2 2 390 2 1 195 kN Como este valor é maior que o indicado na Tab adotarseá para carga admissível P 750 kN Observe que neste exemplo o cálculo foi feito calculando 1º os parâmetros fixos da geometria da estaca 2º o atrito lateral correspondente a cada horizonte de solo adotado os parâmetros k e α 3º a carga admissível adotado o fator de segurança global final sem distinguir ponta e atrito lateral como proposto pelos autores 4º Por fim foi avaliada a capacidade estrutural máxima Para casa Considerando o perfil dado Shopping Vila Guilherme SP determine a capacidade de carga estática admissível tf para um comprimento de estaca prémoldada fixado em 90m e 20 cm FIM DO SLIDE Para saber mais httpswwwufjfbr nugeofiles201707 GEF06 CapacidadedeCarga FundProfunda201811pdf