Para a elaboração de um projeto geotécnico de fundações é necessário que além do conhecimento do perfil do terreno, disponha-se da planta de pilares, com as respectivas cargas nas fundações.
Para as situações em que não sejam conhecidas as cargas nos pilares, fase de anteprojeto ou, para a verificação da ordem de grandeza das cargas apresentadas pelo projetista da estrutura, WOLLE et al. (1993) considera que:
a) As cargas típicas de edifícios estão em torno de 12kN/m²/andar;
b) As cargas típicas de pilares, para edificações com “n” andares, podem ser estimadas como: Cargas pequenas = 100n (kN), Cargas médias = 200n (kN), Cargas elevadas = 300n (kN).
2.6.1 Métodos de Cálculo
De acordo com a NBR 6122/94, a tensão admissível no solo pode ser estimada segundo métodos teóricos, semi-empíricos, provas de carga sobre placa ou por métodos empíricos.
BERBERIAN (2001), procurando contornar as limitações dos métodos empíricos e a indisponibilidade de ensaios laboratoriais, desenvolveu técnicas, ajustes teóricos e correlações que permitem obter os parâmetros necessários através da análise e confronto de provas de carga com resultados teóricos, além dos parâmetros obtidos nas investigações por SPT ou CPT com ensaios de laboratório. Esta nova metodologia ainda não normalizada é conhecida por método paramétrico.
2.6.1.1 Métodos Empíricos
As primeiras recomendações para a estimativa da tensão admissível aparecem na forma de tabelas, em geral constantes de códigos de obras de grandes
cidades. A aplicação dos valores de tabelas está sujeita a uma série de limitações envolvendo profundidade de apoio, tipo do solo, existência ou não de camadas compressíveis entre outras.
Nesta perspectiva, BERBERIAN (2001) enfatiza que a validade das correlações depende da localidade, na qual o universo de pontos ensaiados recebe tratamento estatístico. Os métodos empíricos são, na realidade, estimativas grosseiras utilizadas como ponto de partida para o desenvolvimento do projeto.
2.6.1.2 Métodos Semi-Empíricos
São aqueles onde as propriedades dos solos são estimadas com base em correlações, para em seguida serem aplicadas as fórmulas teóricas. A estimativa de parâmetros é feita com base na resistência à penetração medida em sondagem através do índice Nspt, ou na resistência de ponta do ensaio de penetração estática do cone, qc.
Deste modo na ausência de ensaios laboratoriais, estima-se ângulo de atrito interno (φ), densidade (γ) e coesão (c) através de correlações com o Nspt.
Quadro 5 - Correlação do Nspt com (c, φ, γ), para areias, BOWLES (1977) apud Bueno (1985).
Compacidade
Característica Muito fofa Fofa Média Compacta Muito Compacta
Densidade Relativa 0 – 0,15 0,35 0,65 0,85 1,00
SPT 0-4 4-10 10-30 30-50 50
γ (tf/m3) 1,44 – 1,76 1,76 – 2,08 1,76 – 2,24 2,24 – 2,40
Quadro 6 - Correlação do Nspt com (qu, γsat), para argilas, BOWLES (1977) apud Bueno (1985).
Consistência
Característica Muito Mole Mole Média Rija Muito Rija Dura
qu 0 – 0,25 0,25-0,5 0,5-1,0 1,0-2,0 2,0-4,0 4,0
SPT 0-2 2-4 4-8 8-16 16-30 30
γ sat (tf/m3) 1,6 – 1,92 1,76 – 2,08 1,92 – 2,24
No emprego de correlações semi-empíricas para a determinação de pressões admissíveis no cálculo de fundações rasas, BERBERIAN (2001), admite que: o número de golpes da sondagem SPT a ser adotado, deve ser a média destes ensaios verificados dentro da zona de plastificação do solo. Isto é, a camada do solo onde se verifica a ruptura em caso de colapso, sendo que sua espessura é aproximadamente igual à largura da fundação abaixo da sua cota de assentamento. Em contrapartida, os recalques se processam a uma profundidade de até quatro vezes a largura da sapata.
2.6.1.3 Prova de Carga
As provas de carga originaram-se antes das conceituações da mecânica dos solos, aplicadas empiricamente na tentativa de obtenção de informações sobre o comportamento tensão-deformação de um determinado solo de fundação.
Este método, aliado a uma adequada interpretação e definição da carga de ruptura é o melhor e mais recomendado método para a definição da capacidade de carga de uma fundação. A prova de carga direta sobre o terreno de fundação tem sua execução regulamentada pela Norma Brasileira de “Prova de Carga Direta sobre o Terreno de Fundação”, NBR-6489 (1994).
2.6.1.4 Métodos Teórico ou Estático Racionais
Consistem na aplicação de uma fórmula de capacidade de carga para a estimativa da tensão de ruptura do solo de apoio, a qual se aplica um coeficiente de segurança, em geral igual a 3 (três), para a obtenção da tensão admissível.
Posteriormente procede-se uma análise de eventuais recalques, que se confirmados determinam o reinício do processo com outros valores para a tensão admissível.
Estes métodos utilizam-se de teorias clássicas, tais como a de Terzaghi, Balla, Bowles, Brinch Hansen e Vesic. Relacionadas a parâmetros do solo: ângulo de atrito interno (φ), densidade (γ) e coesão (c).
É importante salientar que, além da imprecisão inerente às fórmulas de capacidade de carga, a aplicação desta metodologia encontra dificuldades de ordem prática na avaliação da resistência ao cisalhamento dos solos envolvidos. Como exemplos, citam-se os casos de sapatas apoiadas em areias ou solos residuais submersos ou não.
2.6.2 Mecanismos de Ruptura do Solo de Fundações
Através da observação do comportamento das fundações em serviço e de modelos de laboratório sujeitos a um carregamento vertical, sabe-se que a ruptura de um solo de fundação ocorre por cisalhamento. BUENO et al. (1985) descreve os três principais tipos de ruptura dos solos de fundação na Mecânica dos Solos:
a) Ruptura Geral
Caracteriza-se pela existência bem definida de uma superfície de ruptura, que vai desde uma cunha triangular situada abaixo da fundação até a superfície do terreno. Este tipo de ruptura é repentino e catastrófico. Em geral, pode proporcionar o tombamento da estrutura. O solo superficial em torno da fundação sofre um empolamento atingindo o colapso em um dos lados.
b) Ruptura por Puncionamento
A punção é o fenômeno de ruptura no qual um elemento de fundação perfura a camada subjacente. Com o aumento da carga ocorre o cisalhamento do solo no contorno da fundação e o movimento vertical de afundamento da estrutura.
c) Ruptura local
geral. Verifica-se quando existem evidências de ruptura somente numa região imediatamente abaixo da fundação, não ocorrendo o tombamento da estrutura.