Geotecnia de Fundações TC 041 - dcc.ufpr.br§ões... · 22/08/2017 1 Geotecnia de Fundações TC...

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22/08/2017 1 Geotecnia de Fundações TC 041 Vítor Pereira Faro [email protected] Agosto 2017 Curso de Engenharia Civil – 8º Semestre Método UFRGS (2009) Utiliza os princípios básicos de conservação de energia para calcular a força dinâmica de reação do solo à cravação do amostrador SPT a partir do número de golpes N SPT α - Coeficiente de ajuste aplicado para resistência lateral A p - Área da seção transversal da ponta a l - Área lateral total do amostrador (área lateral externa mais interna = 810,5cm²) β - Coeficiente de ajuste aplicado para resistência de ponta Δ L - Espessura de cada camada de solo considerado a p - Área da ponta do amostrador SPT (20,4cm²) U - Perímetro da seção transversal do fuste F d - Variação da energia potencial

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Geotecnia de Fundações TC 041

Vítor Pereira [email protected]

Agosto 2017

Curso de Engenharia Civil – 8º Semestre

Método UFRGS (2009)

Utiliza os princípios básicos de conservação de energia para calcular a força dinâmica de reação do solo à cravação do amostrador SPT a partir do número de golpes NSPT

α - Coeficiente de ajuste aplicado para resistência lateral

Ap - Área da seção transversal da ponta

al- Área lateral total do amostrador (área lateral externa mais interna = 810,5cm²)

β - Coeficiente de ajuste aplicado para resistência de ponta

ΔL- Espessura de cada camada de solo considerado

ap - Área da ponta do amostrador SPT (20,4cm²)

U - Perímetro da seção transversal do fuste

Fd - Variação da energia potencial

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Método UFRGS (2009)

A variação de Energia Potencial é dada por:

ƞ1, 2 e 3 - Eficiência do golpe (0,761), haste (1,0) e do sistema (1-0,0042.L, em que L representa o comprimento de hastes do topo da composição ao amostrador)

Mm - Massa do martelo (65 kg)

Mh - Massa da haste (3,23kg)

g - Aceleração da gravidade

Δρ - Penetração do golpe (30 cm/Nspt)

Método UFRGS (2009)

Os coeficientes α e β foram obtidos por correlações entre valores previstos pelo método e valores medidos em 272 provas de carga a compressão

Os coeficientes ƞ1, 2 e 3 devem ser obtidos por calibração do ensaio de SPT através de células de carga e acelerômetros

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Método UFRGS (2009)

Vantagens:

• O uso de diferentes equipamentos e procedimentos, resultantes de fatores locais e do grau de desenvolvimento tecnológico regional, não interfere no método de previsão proposto, desde que a eficiência de cada sistema SPT seja devidamente aferida, o que implica a correta determinação do valor Fd.

• A energia transmitida pelo sistema martelo – haste – amostrador é função do tipo de solo e, portanto, o método captura influência do solo na previsão da capacidade de carga da estaca. Logo, não há necessidade de introduzir coeficientes empíricos que dependam do tipo do solo, ao contrário das outras metodologias baseadas no ensaio SPT

MÉTODOS TEÓRICOS

, ,Wult p ult l ultQ Q Q

Capacidade e carga total

Peso da estaca

Capacidade de carga de ponta

Capacidade de carga do fuste

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MÉTODOS TEÓRICOS

, ,. . .ult b p ult l ultQ A q U l

Área de ponta

Resistência de ponta unitária

perímetroResistência lateral unitária

Trecho do comprimento da estaca ao qual τl,ult se aplica

Resistência de Ponta

MÉTODOS TEÓRICOS

Sendo:Nc, Nq Nɣ fatores de capacidade de carga

1/2BN = desprezível

Parcela da coesão Parcela do peso 

específicoParcela da sobrecarga

Terzaghi (1943)

BNDNcNq qcultp 2

1,

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MÉTODOS TEÓRICOS – Solução de Terzaghi

Resistência de Ponta

MÉTODOS TEÓRICOS

Fonte: Velloso & Lopes, 2011

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A ruptura do solo abaixo da base da estaca não pode ocorrer semdeslocamento de solo para os lados e para cima. Se o solo ao longo docomprimento L da estaca é bem mais compressível do que abaixo da base,os deslocamentos produzem tensões cisalhantes desprezíveis ao longo deL. Nesse caso, a influência do solo que envolve a estaca é idêntica à deuma sobrecarga ϒH e a resistência de ponta pode ser calculada pelasfórmulas a seguir:

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MÉTODOS TEÓRICOS – Solução de Terzaghi

A teoria de Meyerhof apresenta uma diferença sobre a teoria deTerzaghi: na teoria de Terzaghi, o solo situado acima do nível da baseda fundação é substituído por uma sobrecarga H de modo que aslinhas de ruptura são interrompidas no plano do nível da ponta daestaca; Meyerhof considerou linhas de ruptura acima daquele plano.

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MÉTODOS TEÓRICOS – Solução de Meyerhof

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Quando a relação L/B é elevada, é comum desconsiderar a última parcela da equação e escrever:

Capacidade de carga em solos argilosos

Capacidade de carga em solos granulares

Capacidade de carga em solo estratificado: a resistência por atrito lateral é a soma das resistências laterais em cada uma das camadas atravessadas. A resistência de ponta é determinada pela camada em que se localiza a ponta da estaca. 13

MÉTODOS TEÓRICOS – Solução de Meyerhof

A solução de Vesic leva em consideração a rigidez do material etem como base a teoria da expansão de cavidade em um meioelastoplástico.

Vesic designa a resistência de ponta em função da tensão normalmédia (σo) no nível da ponta da estada e que Nσ pode sercalculado por qualquer método que considere a deformabilidadedo solo antes da ruptura.

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MÉTODOS TEÓRICOS – Solução de Vésic

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O fator de capacidade de carga Nσ pode ser determinadoaproximadamente, ao igualar-se a tensão normal média ao longo doanel BD à pressão última necessária para expandir a cavidade esféricade uma massa infinita de solo.

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MÉTODOS TEÓRICOS – Solução de Vésic

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MÉTODOS TEÓRICOS – Solução de Vésic

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Capacidade de carga em argilas Método teórico

onde: Rrup = capacidade de carga última Ab = área da ponta da estaca Aℓ= área lateral Su = resistência não drenada das argilas Nc = coeficiente de capacidade de carga = 9,5 D = profundidade da ponta = coeficiente de adesão = peso específico do solo

)()( uucbrup SADSNAR

0 25 50 75 100 125

Resistência nã drenada -Su - kN/m2

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

Co

ef.

de

ad

es

ão

Curva Média

Limite inferior

0 20 40 60 80 100 120

Resistência não drenada - Su - kN/m2

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

Co

ef.

ad

es

ão

IP < 30%

IP > 30 < 60

IP > 60%

Resistência não Drenada – Su kN/m2

Resistência não Drenada – Su kN/m2

Co

ef. A

des

ão

Co

ef. A

des

ão

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Exercício Calcule a capacidade de carga da estaca instalada no

perfil abaixo com um diâmetro de 0,3m.Su kN/m210 20 30 40

0,0

2,0

6,0

10,0

Rp = Ab( Nc Su + D)Rp = 0,07 [9,5 30 + (16 2 + 17 4 + 17 4)]Rp = 30,3 kN 3 ton

= 16kN/m2

= 17kN/m2

= 17kN/m2

= 18kN/m2

IP = 50

IP = 40

IP = 30

Prof. (m) L(m) Su kN/m2 Al Su

0,00 a 2,00 2,00 8,00 0,8 40,21

2,00 a 6,00 4,00 15,00 0,7 131,94

6,00 a 10,00 4,00 24,00 0,6 190,85

353,11

Rrup = 30,3 + 353,1 = 383,4 kN 38 ton

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Capacidade de carga em Areias

Resistência de ponta

rup = cNc* + p Nq*

onde: p = tensão efetiva na ponta da estaca; c = coesão (normalmente desconsiderada) Nc* = (Nq* - 1) cot

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Capacidade de carga em Areias

Resistência de atrito lateral

l,ult = ’v Ks tan

’v = tensão vertical efetiva; Ks = coeficiente de empuxo de serviço = ângulo de atrito solo estaca:

Valores de segundo Aas (1966) Estaca de aço = 20o

Estaca de concreto = 3/4 Estaca de madeira = 2/4

Função:•Do estado de tensões iniciais no solo;•Do método de execução da estaca•Do seu comprimento e forma

Capacidade de carga em Areias• Em estacas escavadas, Ks é igual ou menor que o coeficiente de

empuxo no repouso (K0). Numa execução ideal de estacaescavada, em que o processo é rápido e o solo não sofre grandedesconfinamento, o Ks permanece próximo do coeficiente deempuxo no repouso; caso contrário, ficará abaixo.

• Em estacas cravadas com pequeno deslocamento, tais comoas estacas metálicas em perfis H ou tubulares que não embucham,Ks é um pouco maior do que o K0, raramente excedendo a 1.

• Para estacas cravadas curtas e de grande deslocamento emareia, Ks pode assumir valores maiores do que a unidade.

K0 = coeficiente de empuxo = 1‐sen()

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Capacidade de carga em Areias• Conforme Velloso & Lopes (2010) e Loukidis & Salgado (2008), estacas

cravadas em areia fofa, Ks é aproximadamente o valor do coeficiente deempuxo no repouso (K0) e em areia densa, podendo ser maior que 1,0;para baixas tensões confinantes, mesmo se a areia for normalmenteadensada.

• A norma API-RP-2A (2005) sugere valores de Ks de 0,8 a 1,0 para estacascravadas de ponta aberta e fechada, respectivamente em areias.

• Conforme Velloso & Lopes (2010), Broms (1966) sugere valores de Ksentre 0,5 a 1,0 para areias fofas e compactas em estacas de açocravadas, respectivamente.

• Salgado (2008) e Basu et al. (2011) apresentam valores mínimos para Ksde 0,2 a 0,4 em estacas cravadas, as quais sofreram considerável fadigado atrito lateral causadas por grandes números de ciclos de carregamentoe/ou vibração em areia fofa.

Capacidade de carga em Areias• Segundo Salgado (2008) os valores de K0 são da ordem de 0,4 para areia

normalmente adensada e 1,0 para areia sobre adensada.

• Conforme Salgado et al. (1998), em areia normalmente adensada, podemser encontrados valores de K0 inferiores a 0,4 (areia densa) e superiores a0,45 (areia muito fofa). Os autores consideram K0 igual a 0,45 para asdensidade relativas de 30%, 50%, 70% e 90%.

• Bellotti et al. (1997) apresentaram valores de K0 de 0,35 (densidaderelativa de 80%) e 0,52 (densidade relativa de 35%) para areianormalmente adensada, através de ensaios de amostras em câmara decalibração, ensaios de dilatômetro e testes de cisalhamento monotônico.

• Yamashita et al. (2000) apresentaram, para areia normalmente adensada,valores de K0 de 0,46 para densidade relativa de 50% e 0,34 paradensidade relativa de 87%, através de ensaios de compressão triaxialdrenado.

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Capacidade de carga em Areias

0,00

2,00

6,00

10,00

= 25o c =0,0

= 30o c = 0,0

= 35o c = 0,0

= 40o c = 0,0

= 16kN/m3

= 17kN/m3

= 18kN/m3

= 18kN/m3

Na

, . ' .tgl ult s vk

, ' .p ult vo qq N

, ,. . .ult b p ult l ultQ A q U l

, ,Wult p ult l ultQ Q Q

Determinar capacidade de carga de estaca de concreto com D=0,3m instalada no perfil.

Capacidade de carga em AreiasSupondo que a estaca é pré-moldada e o modo de instalação é por cravação e o solo é Normalmente Adensado

Prof. L (m) (graus

)

’v metade da camada

(kPa)

Ko= 1-

sen()

Ks/Kocravad

a

Kscravad

a

=0.95

(graus)

cravada

AL (m²)

Qf = AL (’v Kstan) (kN)

0,00 a 2,00 2,00 25 16*2=32/2 = 16

0,57 3.75 2.2 23.75 1.88 29.11

2,00 a 6,00 4,00 30 16*2+((17-10)*4)/2

=46

0,50 2,5 1.2 28.5 3.76 112.69

6,00 a 10,00

4,00 35 16*2+(17-10)*4+

(18-10)*4/2=76

0,42 2.0 0.8 33.25 3.76 149.88

Qf 291.68

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Capacidade de carga em Areias

’v = 16*2+ (17-10*)4+(18-10)*4 = 92 kPaAp = D2 /4 = 0.07 m² Nq = 100 Qp = 644 kN

Qult = 935 kN

Qadm =Qult/FS