Fundações I: Metodologia, Critérios, Conceitos e Projeto - Curso de Engenharia

MATERIAL DIDÁTICO 01 Prof Dr Alexandre Knop FUNDAÇÕES I METODOLOGIA E CRITÉRIOS DA DISCIPLINA CONCEITOS BÁSICOS 1 FUNDAÇÕES I 2 Critério de Avaliação da Disciplina G1 Prova com peso 10 dia 03052022 G2 Projeto Prova 5050 A entrega do projeto será no dia 21062022 e a prova presencial será no dia 28062022 Projeto entrega do projeto em PDF via Google Classroom Projeto individual de um edifício utilizando fundações superficiais Para cada aluno será disponibilizada uma planta de cargas estruturais e perfis de sondagem do terreno O aluno deverá apresentar Memorial de cálculo de todas as fundações do sistema Planta baixa de locação de todas as fundações Cortes e detalhamento geotécnico e estrutural de todas as fundações Quantitativos de concreto e aço Orçamento de serviços escavações reaterros equipamentos etc e materiais aço concreto formas etc das fundações FUNDAÇÕES I 3 O conteúdo programático da disciplina está dividido em 2 etapas 1 Conteúdos básico de mecânica dos solos aplicado à engenharia de fundações 2 Análise dimensionamento e projeto de fundações superficiais Etapa 1 a Conceitos básicos fundamentais de mecânica dos solos b Bulbos de tensão FUNDAÇÕES I 4 Etapa 1 cont c Fluxo de Água Etapa 2 a Ensaios de campo aplicados à engenharia de fundações b Escolha do tipo de fundação para as edificações c NBR 61222010 d Blocos de fundações sapatas isoladas sapatas corridas sapatas associadas radiers e Métodos de ruptura de fundações superficiais f Capacidade de carga de fundações superficiais g Recalques em fundações superficiais FUNDAÇÕES I 5 REVISÃO DE CONCEITOS FUNDAMENTAIS DE MECÂNICA DOS SOLOS I APLICADO À ENGENHARIA DE FUNDAÇÕES RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DE SOLOS A resistência ao cisalhamento deslizamento é diretamente proporcional à força normal aplicada Esta proporcionalidade é representada por uma linha reta com inclinação em relação à horizontal RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO C envoltória de resistência A coesão e ângulo de atrito são chamados de parâmetros de resistência do solo e sua relação entre tensão cisalhante e tensão normal é representada pela equação tg c tensão cisalhante tensão efetiva normal c coesão ângulo de atrito interno A reta cuja inclinação é representada pelo ângulo é chamada de envoltória de resistência FUNDAÇÕES I RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO Em solos arenosos a parcela de resistência devido ao atrito entre os grãos é grande mas em contrapartida a coesões entre as partículas é muito baixa Em solos argilosos a situação se inverte a coesão entre as partículas é a grande responsável pela resistência enquanto que o atrito entre as partículas é muito baixo Determinamos o ângulo de atrito e a coesão de um solo a partir de ensaios de laboratório ou a partir de correlações a partir de ensaios de campo Dentre os ensaios de laboratório podemos utilizar ensaios triaxiais ensaios de cisalhamento direto dentre outros FUNDAÇÕES I ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO O ensaio de cisalhamento direto é um dos mais utilizados em laboratório Um corpo de prova cilíndrico de pequena espessura é instalado em uma caixa de cisalhamento Forças normal e tangencial são aplicadas no corpo de prova provocando a ruptura por cisalhamento do mesmo FUNDAÇÕES I ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO A envoltória de resistência é obtida com os pares de valor tensão normal e tensão cisalhante na ruptura Para definirmos a envoltória de resistência são necessários pelo menos três pontos Isso significa que para um mesmo solo será necessário ensaiar três corpos de prova com três tensões normais diferentes A definição da tensão normal é escolha de quem está fazendo o ensaio mas a tensão cisalhante é função das propriedades do solo pois é a resposta do mesmo à força de cisalhamento aplicada FUNDAÇÕES I ENSAIO TRIAXIAL O ensaio triaxial é o mais comum e versátil ensaio para a determinação da resistência ao cisalhamento do solo O equipamento possui uma câmara cilíndrica onde é colocado um corpo de prova de solo também cilíndrico revestido por uma membrana de borracha impermeável sob um pedestal O ensaio triaxial é executado em duas etapas distintas aplicação da tensão confinante σc e aplicação da tensão desvio σd FUNDAÇÕES I ENSAIO TRIAXIAL Inicialmente o corpo de prova é submetido a uma tensão confinante σc igualmente distribuída em toda a sua superfície Aplicase então um incremento de tensão desvio Δσd através de um pistão metálico até a ruptura da amostra A tensão confinante σc equivale a tensão principal menor σ3 A tensão principal maior σ1 é o somatória de σc e o incremento de tensão desvio Δσd no momento da ruptura A envoltória de resistência é determinada pelos círculos de Mohr FUNDAÇÕES I ENSAIO TRIAXIAL O ensaio triaxial pode ser de três tipos Ensaio adensado drenado CD consolidated drained neste ensaio há permanente drenagem do corpo de prova A tensão confinante σc é aplica e se espera o corpo de prova adensar 24 a 48 horas A seguir a tensão axial σd é aplicada lentamente permitindo a dissipação do excesso de pressão neutra u gerada pelo carregamento até uma semana Desta maneira a pressão neutra durante o carregamento permanece nula e as tensões totais medidas são às tensões efetivas Ensaio adensado não drenado CU consolidated undrained neste ensaio a tensão de confinamento é aplicada e até o corpo de prova adensar a drenagem permanece aberta Após os registros dos canais de drenagem são fechados e então é aplicada a tensão axial até a ruptura medindose as pressões neutras geradas pelo carregamento o teor de umidade permanece constante na fase de cisalhamento As pressões medidas são as tensões totais σ e com a obtenção da pressão neutra u determinase as tensões efetivas pela expressão σ σ u Ensaio não adensado não drenado UU unconsolidated undrained neste ensaio aplicase a tensão confinante e o carregamento axial até a ruptura do corpo de prova sem permitir qualquer drenagem O teor de umidade permanece constante e é possível medir as pressões neutras FUNDAÇÕES I O diagrama de Mohr apresenta o estado de tensões em torno de um ponto da massa de solo Para determinarse a resistência ao cisalhamento do solo são realizados ensaios com diferentes valores de 3 elevando 1 até a ruptura Cada círculo de Mohr representa o estado de tensões na ruptura para um ensaio específico A linha que tangência estes círculos é definida como a envoltória de ruptura de Mohr A envoltória de Mohr é levemente curva mas com frequência para simplificar a definição dos parâmetros de resistência ela é associada a uma reta Esta simplificação devese a Coulomb e permite o cálculo da resistência ao cisalhamento do solo conforme a expressão tg c FUNDAÇÕES I FUNDAÇÕES I Envoltória de Mohr Cículo de Mohr plano do Ângulo plano de ruptura α 45 φ2 Plano de maior fraquesa para solos τ c σtg φ LIMITE DE RUPTURA PROBLEMAS cos2 2 2 3 1 3 1 r 2 2 3 1 sen r 3 1 3 1 sen As tensões de ruptura podem ser obtidas pelas seguintes fórmulas FUNDAÇÕES I FUNDAÇÕES I 16 REVISÃO DE CONCEITOS FUNDAMENTAIS DE MECÂNICA DOS SOLOS II APLICADO À ENGENHARIA DE FUNDAÇÕES BULBO DE TENSÕES Bulbo de Tensões As cargas aplicadas na superfície de um terreno induzem tensões com consequentes deformações no interior da massa de solo Unindo os pontos com mesmo acréscimo de tensões obtémse o bulbo de tensões que representa qual será a parcela da carga que aquela parte do solo será responsável para sustentar 17 FUNDAÇÕES I Conceitos Iniciais FUNDAÇÕES I Conceitos Iniciais Solo resistente Solo pouco resistente Solo resistente Solo pouco resistente PROBLEMAS FUNDAÇÕES I Conceitos Iniciais 19 Bulbo de Tensões Bulbo de Tensões 20 FUNDAÇÕES I Conceitos Iniciais Bulbo de Tensões Exemplo Considere uma sapata circular com 3m de diâmetro que transmite ao solo uma tensão de 90 kPa Calcule a tensão transmitida ao terreno no eixo vertical abaixo do centro da carga nas profundidades indicadas z m zR I z kPa 000 0 1 90 025 0166 09968 8971 050 0333 09779 8801 100 0666 08420 7578 250 1666 0331 2979 300 2000 02845 256 500 3333 01058 952 010 09990 020 09925 01666 09968 020 09925 040 09488 03333 09779 050 09106 080 07562 06666 08420 150 04240 200 0 2845 16666 0331 300 01436 400 0 0869 33333 01058 21 FUNDAÇÕES I Conceitos Iniciais FUNDAÇÕES I Conceitos Iniciais 22 Bulbo de Tensões A literatura geotécnica sugere os seguintes limites de bulbos de tensão locais que concentram 90 dos esforços Além do limite dos bulbos estimase que os acréscimos de tensão sejam inferiores a 10 da tensão aplicada pela fundação Sapatas circulares ou quadradas 2 vezes o menor lado da fundação 2B Sapatas retangulares 3B Sapatas corridas 4B FUNDAÇÕES I Conceitos Iniciais 23 Bulbo de Tensões Strip Footing Square Footing Circular Footing FUNDAÇÕES I Conceitos Iniciais A schematic of the vertical stress distribution with depth along the centerline under an embankment of height h constructed with a soil having a total unit weight g is shown in the figure below FUNDAÇÕES I Conceitos Iniciais Surface loading Z1 Z2 Z3 FUNDAÇÕES I Conceitos Iniciais Bulbo de Tensões Square foundation Stable compacted fill extends onehalf the influence depth Stress bulb Influence depth ID 2xB Only the soil grains inside this stress bulb feel the weight of the foundation 28 Bulbo de Tensões FUNDAÇÕES I Conceitos Iniciais 29 Bulbo de Tensões FUNDAÇÕES I Conceitos Iniciais