AULA 02

Report
CENTRO TECNOLÓGICO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
FUNDAÇÃO
TEORIA
AULA 02
1° semestre/2013
CARACTERÍSTICAS
Absorção de cargas
Transferência para
as fundações
Lajes
AÇÕES NAS ESTRUTURAS e
FUNDAÇÕES
Ações Permanentes
Ações Variáveis
Ações Excepcionais
AÇÕES NAS ESTRUTURAS
vento
Deslocamentos
horizontais dos andares
Cargas na fundações
CARACTERÍSTICAS
Absorção de cargas
Transferência para
as fundações
Fundações Superficiais
• As fundações superficiais são aquelas em que a
carga é transmitida ao terreno, pelo elemento
estrutural, predominantemente pelas pressões
distribuídas sob a base das mesmas e que a
profundidade de assentamento em relação ao
terreno adjacente é inferior a duas vezes a
menor dimensão da fundação, sendo
desprezível a parcela de resistência
correspondente à transmissão pelo atrito
lateral.
Blocos
• O bloco é o elemento de concreto simples,
dimensionado de forma que as tensões de
tração
geradas
sejam
resistidas
unicamente pelo concreto.
Blocos
Blocos
Blocos
Sapatas Isoladas
• As sapatas são elementos de concreto
armado, podem ter formato piramidal ou
cônico, possuindo pequena altura em
relação a sua base, que pode ter forma
quadrada, retangular (formatos mais
comuns) ou trapezoidal.
Sapatas Isoladas
Princípio de transferência de cargas
Fundações Direta
SAPATA
FUNDAÇÃO DIRETA
SAPATAS
SAPATAS
Ângulo da sapata
Distribuição das armaduras
Sapatas Isoladas
Sapatas Associada ou Combinada
• Corresponde a uma sapata comum a
vários pilares cujos centros de gravidade
não estejam situados no mesmo
alinhamento. A viga que une os dois
pilares denomina-se viga de rigidez e
tem a função de permitir que a sapata
trabalhe com tensão constante.
Sapatas Associada ou Combinada
Sapatas Associada ou Combinada
Sapata de alavanca ou viga de
equilíbrio
• São sapatas de pilares de divisa ou próximos a
obstáculos onde não seja possível fazer com
que o centro de gravidade da sapata coincida
com o centro de carga do pilar.
• Cria-se uma viga ligada entre duas sapatas, de
modo que um pilar absorva o momento
resultante da excentricidade da posição do outro
pilar.
Sapata de alavanca ou viga de
equilíbrio
Radier
• Quando todas as paredes ou todos os
pilares de uma edificação transmitem as
cargas ao solo, através de uma única
sapata, tem-se o que se denomina uma
fundação em radier. Na verdade o radier
é uma grande laje onde apóiam-se os
pilares e paredes da edificação e as
cargas são transmitidas ao solo através
de uma superfície igual ou superior a
da obra.
Radier
• É aplicável sobre solo instável ou sujeitos
a recalques, ou quando a soma das áreas
das sapatas ultrapassa 60% da área da
edificação.
Radier
Tipos de ruptura
Os solos submetidos a esforços de
compressão das fundações superficiais
podem apresentar três tipos de ruptura:
• Generalizada;
Generalizada.
• Localizada;
• Puncionamento.
Localizada.
Puncionamento.
Generalizada.
É caracterizada por solos muito compactos ou
consistentes, apresentando uma superfície de
deslizamento bem definida e tendência de
levantamento do solo adjacente a fundação. A
ruptura é brusca e catastrófica com perda de
carga e recalques baixos;
Localizada.
É caracterizada por um modelo que é bem definido
apenas imediatamente abaixo da fundação,
ocorrendo um levantamento do solo. Não haverá um
colapso ou um tombamento catastrófico da fundação,
que permanecera embutida no terreno, mobilizando a
resistência de camadas mais profundas
Puncionamento.
É caracterizado por um mecanismo de difícil
observação. À medida que a carga cresce, o
movimento
vertical
da
fundação
é
acompanhado pela compressão do solo
imediatamente abaixo. O solo fora da área
carregada praticamente não participa do
processo, não há colapso visível.
Capacidade de carga
A capacidade de carga do terreno refere-se ao valor
máximo da carga que um terreno, a uma determinada cota,
pode suportar sem que haja ruptura ou deformação
excessiva. A carga aplicada que provoca deformação
excessiva é definida como a máxima carga suportada pela
fundação, ou seja, a capacidade de carga.
Podem ser obtidas por cinco métodos:
i) Ensaio de placa;
ii) Fórmulas teóricas;
iii) Ensaios em laboratório;
iv) Métodos semi-empíricos; e
v) Métodos empíricos.
i)
Ensaio de placa (NBR 6489/1984)
Consiste, basicamente, na instalação de uma placa rígida
com uma área não inferior 0,5 m², instalada sobre o solo
natural na mesma cota prevista no projeto das fundações
superficiais. Aplicam-se cargas verticalmente no centro da
placa, em estágios, e medem-se as deformações
simultaneamente com os incrementos de carga.
Os resultados são apresentados em gráficos de pressão x
recalque.
i)
Ensaio de placa (NBR 6489/1984)
i)
Ensaio de placa (NBR 6489/1984)
Os resultados são apresentados em gráficos de pressão x
recalque.
CUIDADO:
BULBO DE TENSÕES NO MESMO TIPO DE SOLO
ii) Fórmulas teóricas
Fórmula de Terzaghi
Coesão
Ângulo de atrito
Sobrecarga
ii) Fórmulas teóricas
Fórmula de Terzaghi
ii) Fórmulas teóricas
Fórmula de Terzaghi
• Quando não se dispõem de ensaios de laboratório
em que constem coesão, podem-se em primeira
aproximação, estimar esses valores.
ii) Fórmulas teóricas
Fórmula de Skempton
*Esta fórmula só é válida para solos puramente coesivos (φ=0)
ii) Fórmulas teóricas
Fórmula de Skempton
* D corresponde ao valor do “embutimento” da fundação na camada de argila.
ii) Fórmulas teóricas
Fórmula de Skempton
iii) Ensaios em laboratório.
Com base nos ensaios de laboratório (ensaio
oedométrico, triaxial entre outros),pode-se adotar como
tensão admissível do solo o valor da pressão de pré
adensamento (spa).
iv) Métodos semi-empíricos.
Com base no valor médio do SPT ( na profundidade de
ordem de grandeza igual a duas vezes a largura
estimada para a fundação, contando a partir da cota de
apoio), pode-se obter a tensão admissível por:
v) Métodos empíricos.
São considerados métodos empíricos aqueles que pelos
quais se chega a uma impressão admissível com base na
descrição do terreno (classificação e determinação da
compacidade ou consistência através de investigações de
campo e/ou laboratoriais).
v) Métodos empíricos.
Como exemplo temos a Tabela de valores fixados pela NBR
6122/ 1996.
Fator de segurança
Fator de segurança
• A carga admissível é definida como o valor da
relação da carga de ruptura (última) pelo fator
(ou coeficiente) de segurança, sendo o valor
adotado para o projeto, de modo que a
fundação superficial sofra 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 estrutural de fundação.
Fator de segurança
• O fator de segurança pode ser definido
pela importância da obra, da experiência
acumulada na região, das investigações
do subsolo, dos ensaios de campo e de
laboratório.
Fator de segurança
Fator de segurança
• Os valores das cargas admissíveis, em
relação aos deslocamentos máximos, são
obtidos
por
cálculo,
ou
experimentalmente, com aplicação de
fator de segurança não inferior a 1,5.
• Para dados de carga de ruptura obtidos
pela prova de carga in situ, emprega-se o
coeficiente de segurança igual a 2.
Distribuição das tensões
na sapata
Distribuição das tensões na sapata
As principais variáveis que regem a
distribuição das tensões sobre o solo em
contato com uma sapata são:
• a natureza do solo (rocha, areia ou argila);
• rigidez da fundação (rígida ou flexível).
Distribuição das tensões na sapata
•
A distribuição real não é uniforme, mas por
aproximação admite-se na maioria dos casos
uma distribuição uniforme para as pressões do
solo, representada pelas linhas tracejadas.
• No
dimensionamento
estrutural,
esta
consideração aumenta os valores dos esforços
solicitantes quando comparados com a situação
em que se usa a distribuição real.
Distribuição de tensões nas
sapatas rígidas
Distribuição de tensões nas
sapatas flexíveis
Dimensionamento
Geométrico
Dimensionamento geométrico
•
As dimensões em planta das sapatas são
definidas basicamente em função da tensão
admissível do solo, embora também
dependam de outros fatores, como a
interferência com as fundações mais
próximas.
Bloco
Os blocos são elementos de grande rigidez
executados com concreto simples ou
ciclópico
(portanto
não
armados),
dimensionados de modo que as tensões de
tração neles produzidas sejam absorvidas
pelo próprio concreto.
Bloco
a0
a0
a
a
h
a  a0
2


 tg 
80
Bloco
 mín
70
60
50
40
30
0
0,5
1
1,5
ss/st
ss 
Ppilar  Ppróprio
Abase
 fck

s t   25
 0 ,8 MPa




Tensão aplicada
no solo
Tensão
admissível à
tração no
concreto
2
2,5
3
Sapata Isolada
A área da base de um bloco de fundação
ou de uma sapata, quando sujeita apenas a
uma carga vertical, é calculada pela
expressão:
Sapata Isolada
Nk é a força normal nominal do pilar;
σsolo,adm é a tensão admissível do solo;
α é um coeficiente que leva em conta o peso
próprio da sapata.Pode-se assumir para esse
coeficiente um valor de 1,05 nas sapatas flexíveis
e 1,10 nas sapatas rígidas.
Sapata Isolada
Conhecida a área A, a escolha do par de valores a e b,
para o caso de sapatas isoladas, deve ser feita de modo a
que:
O centro de gravidade da sapata deve coincidir com o
centro de carga do pilar;
A sapata não deverá ter nenhuma dimensão menor que 80
cm.
Sempre que possível, a relação entre os lados a e b
deverá ser menor ou ,no máximo, igual a 2,5;
Sapata Isolada
Conhecida a área A, a escolha do par de valores a e b,
para o caso de sapatas isoladas, deve ser feita de modo a
que:
O centro de gravidade da sapata deve coincidir com o
centro de carga do pilar;
A sapata não deverá ter nenhuma dimensão menor que 80
cm.
Sempre que possível, a relação entre os lados a e b
deverá ser menor ou ,no máximo, igual a 2,5;
Sapata Isolada
• Sempre que possível, os valores a e b
devem ser escolhidos de modo a que os
balanços da sapata, em relação às faces do
pilar, sejam iguais nas duas direções. Em
conseqüência a forma da sapata fica
condicionada à forma do pilar, quando não
exista limitações de espaço, podendo ser
distinguidos três casos:
Sapata Isolada
• 1º caso: Em pilar de seção transversal
quadrada (ou circular), quando não existe
limitação de espaço, a sapata mais indicada
deverá ter em planta seção quadrada.
a 
P
s
s
Sapata Isolada
2º caso: Em pilar de seção transversal retangular,
quando não existe limitação de espaço, pode-se
escrever:
ab
P
s
s
a  a 0  2d
b  b0  2d
  a  b  a 0  b0
Sapata Isolada
3º caso: Em pilar de seção transversal em
forma de L,Z,U etc, recai facilmente no caso
anterior ao se substituir o pilar real por um
outro fictício de forma retangular circunscrito
ao mesmo e que tenho seu centro de
gravidade coincidente com o centro de
carga do pilar em questão.
Sapata Associada
No caso em que a proximidade entre dois
ou mais pilares é tal que, ao se tentar fazer
sapatas isoladas, estas se superponham,
deve-se lançar mão de uma sapata
associada.
Sapata Associada
A viga que une os dois pilares, de modo a
permitir que a sapata trabalhe com tensão
constante σs, denomina-se viga de rigidez
(V.R.).
Sapata Associada
Sapata com momento
Quando a sapata, além de carga vertical,
atua também um momento, recomenda-se
usar o seguinte procedimento:
•
Calcular a excentricidade .
e
M
N
Sapata com momento
• Fazer com que a excentricidade esteja
a

e


dentro do núcleo central,  6  . Neste caso,
os valores das tensões aplicadas ao solo
serão:
Sapata com momento
•
Os valores σmax e σmin devem atender à
relação
Sapata com momento
•
Neste tipo de sapata não há necessidade
de correlacionar seus lados do pilar nem
há a obrigatoriedade de se manter a
a
relação b  2 ,5 . O problema é resolvido por
tentativas arbitrando-se valores para a e b
que satisfaçam as relações acima.
Sapata de viga de equílibrio
Será analisado o
caso dos pilares de
divisa ou próximos a
obstáculos onde não
seja possível fazer
com que o centro de
gravidade da sapata
coincida com centro
de carga do pilar.
Sapata de viga de equílibrio
•
•
A forma, mais conveniente, para a sapata de
divisa é aquela cuja relação entre os lados a e b
esteja compreendida entre 2 e 2,5.
Pode-se escrever que o valor da resultante R
atuante no centro de gravidade da sapata da
divisa é
R  P1  P1
e
d
Sapata de viga de equílibrio
•
Como, para calcular R, existem duas incógnitas
“e” e “d” e apenas uma equação, o problema é
indeterminado.
Para
se
levantar
a
indeterminação, é conveniente adotar o seguinte
roteiro:
Partir da relação inicial relação inicial a = 2b e
adotar ΔP = 0, 0u seja, R1 = P1. Neste caso temse:
Sapata de viga de equílibrio
•
Com o valor de
“b” fixado,
calculam-se:
Sapata de viga de equílibrio
•
Obtido ΔP, pode-se
calcular o valor de
R = P1 + ΔP e,
portanto, a área final
de sapata
A
R
sS
Sapata de viga de equílibrio
•
Como o valor de b
já é conhecido e o
mesmo foi mantido
constante, para não
alterar ΔP, o valor de
a será calculado por
Sapata de viga de equílibrio
•
•
Divide-se o valor de
a pelo valor de b
fixado no passo a
para se ver se a
relação é menor que
2,5.
Se for, o problema
estará resolvido: se
não for, voltar-se-á e
aumentar-se-á
o
valor de b repetindo
o processo.
Cálculo VR (Viga de Rigidez)
Inicialmente, calcular as coordenadas x e y do centro de
carga.
P2
x
y
P1  P2
P2
P1  P2
 d1
d2
A intersecção das coordenadas x e y sempre estará
localizada sobre o eixo da viga de rigidez.
Aab
P1  P2
s
s
Altura da sapata
Essencialmente
são
três
os
condicionantes que definem a altura da
sapata:
 Rigidez da sapata;
 Comprimento de ancoragem necessário
às barras longitudinais do pilar;
 Verificação do cisalhamento por força
cortante.

similar documents