ROSANA WENDT BRAUWERS
ESTÁGIO ATUAL DA PESQUISA QUE ESTUDA A CAPACIDADE DE
CARGA E RECALQUE DE SOLOS RESIDUAIS DO NOROESTE DO
RIO GRANDE DO SUL
Ijuí 2018
ESTÁGIO ATUAL DA PESQUISA QUE ESTUDA A CAPACIDADE DE
CARGA E RECALQUE DE SOLOS RESIDUAIS DO NOROESTE DO
RIO GRANDE DO SUL
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheira Civil.
Orientador(a): Prof. Me. Carlos Alberto Simões Pires Wayhs
Ijuí /RS 2018
ESTÁGIO ATUAL DA PESQUISA QUE ESTUDA A CAPACIDADE DE
CARGA E RECALQUE DE SOLOS RESIDUAIS DO NOROESTE DO
RIO GRANDE DO SUL
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de ENGENHEIRA CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora.
Ijuí, 12 de julho de 2018
Prof. Carlos Alberto Simões Pires Wayhs Mestre pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Orientador Prof. Lia Geovana Sala Coordenadora do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ BANCA EXAMINADORA
Prof. Éder Claro Pedrozo Mestre pela Universidade Federal de Santa Maria
Agradeço a todos que me apoiaram para chegar até aqui.
Eu agradeço imensamente a minha família que me apoiou nesta trajetória de cinco anos e meio de graduação. Agradeço principalmente aos meus pais que me ensinaram a ser uma pessoa dotada de valores essenciais e que me mostraram que humildade e honestidade são a chave para se tornar uma pessoa digna de respeito. Por todo apoio que recebi de vocês, por tudo o que já fizeram por mim e pelas pessoas exemplares que são, eu amo vocês.
Gratidão imensa aos professores que compartilharam seus conhecimentos da minha futura profissão, principalmente ao meu orientador Prof. Me. Carlos Wayhs por suas orientações e conselhos essenciais para que esta pesquisa fosse adiante.
Agradeço a empresa Comércio e Transportes de Combustíveis Borboleta Ltda. – TRR que cedeu o espaço para a realização do ensaio de placa, também a empresa Minerag Comércio de Produtos de Mineração e Tratamento de Água Ltda pela cedência do ensaio de sondagem SPT e ao LEC- Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ por ceder o espaço e equipamentos para a realização dos ensaios.
Agradecimento especial ao grupo de pesquisa “Estudo da Capacidade de Carga e Recalque de Solos Residuais do Noroeste do Rio Grande do Sul” pela ajuda na realização dos ensaios de placa e ensaios de laboratório.
Por fim agradeço a todos que de alguma forma me ajudaram nesta etapa tão importante da minha vida.
Sonhos determinam o que você quer. Ação determina o que você conquista.
ROSANA, WENDT BRAUWERS. Estágio atual da pesquisa que estuda a capacidade de carga e recalque de solos residuais do noroeste do Rio Grande do Sul. 2018. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2018.
É de suma importância conhecer o solo onde será apoiada uma fundação, pois o solo apresenta características distintas em cada local, devendo-se, portanto, conhecer o comportamento quanto a capacidade de carga e de recalque deste solo para evitar problemas futuros. Em vista disto, este trabalho tem como objetivo apresentar o estágio atual da pesquisa que estuda a capacidade de carga e recalque de solos residuais do noroeste do Rio Grande do Sul, mostrando quais métodos de estimativa de capacidade de carga e recalque se mostram mais semelhantes aos valores obtidos no ensaio de placa para o solo regionais. Para isto, foram realizados ensaios de placa conforme prescrito na NBR 6489/1984, sendo utilizadas placas de 30, 48 e 80 cm e ensaios de SPT. Adicionalmente, foram efetuados ensaios em laboratório para caracterizar geotecnicamente os solos estudados. Após analisou-se as metodologias de capacidade de carga e recalque para encontrar as que representam melhor o comportamento real do solo. De forma geral os métodos que se mostraram mais eficientes na busca pela tensão admissível foram os métodos de Teixeira e Godoy, seguido por Teng, Ruver Superior, Meyerhof e por fim Peck. Já para o recalque os métodos mais eficazes foram avaliados na fase plástica e elástica, na fase elástica os métodos que mais evidenciaram a situação real foram os de Ruver, Ruver Inferior e Burland e Burbidge. Para a fase plástica os métodos que se destacaram foram os de Meyerhof (1956), seguido por Ruver Superior, Anagnostopoulos et al e Meyerhof (1974). Finalmente, observou-se que a correlação entre tensão admissível e NSPT,60 foi em média 16 kPa/golpe para
os solos com tensão admissível maiores e em média 12 kPa/golpe para os solos de menor tensão admissível, com valor médio de 15 kPa/golpe. Desta forma, entende-se como realizado o objetivo geral deste trabalho de apresentar o estágio atual da pesquisa que estuda a capacidade de carga e recalque de solos residuais do noroeste do Rio Grande do Sul, com base nos resultados e análises apresentados.
ROSANA, WENDT BRAUWERS. Estágio atual da pesquisa que estuda a capacidade de carga e recalque de solos residuais do noroeste do Rio Grande do Sul. 2018. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2018.
It is if very important to know the ground where a foundation will be supported, therefore the ground presents distinct characteristics in each place, having itself, therefore, to know the behavior in relation the load capacity and of settlement occounring in this ground to prevent future problems. Therefore, this, this work aimd to present the current period of the research that studies the load capacity and settlements of residual ground northwestern of the Rio Grande Do Sul, showing which methods of estimate of load capacity and presente sililar behavior to the results gotten in the plate load tests of the ground regional soils. For this, were performed plate load tests of prescribed to NBR 6489/1984 had been carried through, being used plates of 30, 48 and 80 cm and SPT tests. Additionally, assays in laboratory had been effected geotecnicamente to characterize studied ground. After one analyzed the methodologies of load capacity andsettlements to find the ones that better represent the real behavior of the ground. Of general form the methods that if they had shown more efficient in the search for the permissible tension had been the methods of Teixeira and Godoy, followed for Teng, Superior Ruver, Meyerhof and finally Peck. Already for it it settlements the methods most efficient had been evaluated in the plastic and elastic phase, in the elastic phase the methods that had more evidenced the real situation had been of Ruver, Ruver Inferior and Burland and Burbidge. For the plastic phase the methods that if had detached had been of Meyerhof (1956), followed for Superior Ruver, Anagnostopoulos et al and Meyerhof (1974). Finally, it was observed that the correlation between permissible tension and NSPT, 60 was on average 16 kPa/blow for ground with 12 kPa/blow for ground of lesser permissible tension, with 15 kPa/blow. In this way, it is understood how the general objective of this work was to present the current research stage which studies the load and sequestering capacity of residual soils in the northwest of Rio Grande do Sul, based on the results and analyzes presented.
Figura 1: Gráfico de plasticidade do SUCS ... 19
Figura 2: Tabela de classificação MCT ... 21
Figura 3: Equipamento de sondagem ... 24
Figura 4: Sondagem com torque ... 25
Figura 5: localização da placa ... 27
Figura 6: Tipo de placa ... 27
Figura 7: Tipos de carregamento ... 28
Figura 8: Reação com cargueira ... 28
Figura 9: Viga de reação ... 29
Figura 10: Fundações superficiais ... 32
Figura 11: Fundações profundas ... 34
Figura 12: Interação terreno-fundação-estrutura ... 34
Figura 13: Superposição de tensões ... 35
Figura 14: Fatores de carga ... 40
Figura 15: Fatores de forma... 41
Figura 16: Fatores F ... 41
Figura 17: Fatores de redução pelo nível do lençol freático ... 42
Figura 18: Tipos de rupturas ... 43
Figura 19: Deformações de uma estrutura ... 44
Figura 20: Fatores de influência ... 48
Figura 21: Coeficientes de recalque e redução ... 49
Figura 22: Delineamento de pesquisa ... 51
Figura 23: Localização de Panambi no Rio Grande do Sul ... 53
Figura 24: Imagem da localização da execução de ensaios de placa em Panambi ... 54
Figura 25: Croqui da localização dos ensaios de placa e dos furos da sondagem SPT 54 Figura 26: Nivelação da placa ... 55
Figura 27: Montagem para ensaio ... 56
Figura 28: Mapa da localização das cidades de execução de ensaios de placa ... 58
Figura 29: Curva granulométrica do solo de Panambi ... 59
Figura 35: Curva carga x recalque dos ensaios de placa ... 71
Figura 36: Tensão na placa CB 48... 72
Figura 37: Tensão na placa SR 48 ... 73
Figura 38: Tensão na placa IJ-C 48 ... 74
Figura 39: Tensão na placa IJ-CS 48 ... 75
Figura 40: Tensão na placa PM 48 ... 76
Figura 41: Tensão na placa PM 48 ... 76
Figura 42: Tensão na placa CA-N 30 ... 77
Figura 43: Tensão na placa CA-N 48 ... 78
Tabela 1: Valores de coesão ... 39
Tabela 2: Valores de peso específico ... 40
Tabela 3: Valores dos ensaios de caracterização geotécnica dos solos estudados ... 61
Tabela 4: Valores de NSPT ... 63
Tabela 5: Carregamento e descarregamento da placa de 30 cm em Panambi ... 64
Tabela 6: Carregamento e descarregamento da placa de 48 cm ... 65
Tabela 7: Obtenção da tensão admissível em kPa ... 66
Tabela 8: Parâmetros para o cálculo da tensão admissível ... 68
Tabela 9: Variação da tensão real x Terzaghi... 68
Tabela 10: parâmetros usados nas metodologias ... 69
Tabela 11: Resultados das tensões admissíveis dos métodos semi-empíricos ... 69
Tabela 12: Comparação da tensão real x metodologias ... 70
Tabela 13: Parâmetros para o cálculo do recalque ... 71
Tabela 14: Resultados dos cálculos do recalque CB-48 ... 72
Tabela 15: Resultados dos cálculos do recalque SR-48 ... 73
Tabela 16: Resultados dos cálculos do recalque IJ-C-48 ... 74
Tabela 17: Resultados dos cálculos do recalque IJ-CS-48 ... 74
Tabela 18: Resultados dos cálculos do recalque PM-48 ... 75
Tabela 19: Resultados dos cálculos do recalque PM-80 ... 76
Tabela 20: Resultados dos cálculos do recalque CA-N-30 ... 77
Tabela 21: Resultados dos cálculos do recalque CA-N-48 ... 78
Tabela 22: Resultados dos cálculos do recalque PAN-30 ... 79
Tabela 23: Diferença de recalques na fase elástica ... 80
Tabela 24: Diferença de recalques na fase plástica ... 80
Quadro 1: Classificação de solos pela HRB/AASHTO ... 20
Quadro 2: Método de estimativa de tensão admissível ... 36
Quadro 3: Métodos de estimativa de recalque... 45
Quadro 4: Normas utilizadas ... 52
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
CA Cruz Alta
CA-N Cruz Alta solo natural
CA-N 30 Cruz Alta solo natural executado com placa de 30 cm CA-N 48 Cruz Alta solo natural executado com placa de 48 cm
CB Coronel Barros
CB 48 Coronel Barros executado com placa de 48 cm
DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes EGC Engenharia Civil
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IJ-C Ijuí campus UNIJUÍ
IJ-C 48 Ijuí campus UNIJUÍ executado com placa de 48 cm IJ-CS Ijuí loteamento Costa do Sol
IJ-CS 48 Ijuí loteamento Costa do Sol executado com placa de 48 cm MCT Miniatura Compactação Tropical
MEC/SESu Ministério da Educação/ Secretaria de Educação Superior NBR Norma Brasileira
PET Programa de Educação Tutorial PM Palmeira das Missões
SML Slow Mantained Load Test
SUCS Sistema Unificado de Classificação do Solo
σ Tensão média aplicada
N𝑆𝑃𝑇 Resultado do ensaio SPT (número de golpes)
N𝑆𝑃𝑇,72 Resultado SPT, com energia de cravação de 72% (número de golpes)
N𝑆𝑃𝑇,60 Resultado SPT, com energia de cravação de 60% (número de golpes)
σadm Tensão admissível
c Fator de coesão do solo q Sobrecarga sobre a fundação Peso especifico do solo
B Menor dimensão conveniente da fundação (lado/diâmetro da fundação) NC Coeficiente adimensional do fator referente à coesão do solo
Nq Coeficiente adimensional do fator referente à sobrecarga
Nγ Coeficiente adimensional do fator referente ao peso do solo
FS Fator de segurança
L Comprimento de uma fundação 𝜙 Ângulo de atrito interno do solo
Sc Coeficiente de forma do fator referente à coesão do solo
Sq Coeficiente de forma do fator referente à sobrecarga
Sγ Coeficiente de forma do fator referente ao peso do solo
σ10 Tensão de 10 mm de recalque
σd/30 Tensão referente ao recalque do diâmetro da placa em mm dividido por 30
ρi Recalque imediato
v Coeficiente de Poisson do solo Es Módulo de elasticidade do solo
IP Fator de influência da forma e da rigidez
h Altura de solo sobre a cota de assentamento da sapata
H Altura de solo abaixo da cota de assentamento da sapata até a rocha ρs Recalque da sapata
ρp Recalque da placa
Bs Diâmetro proporcional da fundação
Bp Diâmetro da placa
D Profundidade da fundação S Coeficiente de recalque
σ' Pressão media efetiva na fundação Ic Índice de compressão
1 INTRODUÇÃO ... 13 1.1 Contexto ... 13 1.2 Problema ... 15 1.2.1 Questões de Pesquisa ... 15 1.2.2 Objetivos de Pesquisa ... 16 1.2.3 Delimitação ... 16 2 REVISÃO DA LITERATURA ... 17
2.1 Origem dos solos ... 17
2.2 Classificação dos solos ... 18
2.3 Solos tropicais ... 21 2.3.1 Solo laterítico ... 22 2.3.2 Solo saprolítico ... 22 2.4 Investigações geotécnicas ... 22 2.4.1 Sondagem SPT ... 23 2.4.2 Ensaio de placa ... 26 2.4.2.1 Sistemas de reação ... 28 2.4.2.2 Sistema de leitura ... 29
2.4.2.3 Realização do ensaio de placa ... 29
2.5 Tipos de fundações ... 31
2.5.1 Fundação superficial ... 32
2.5.2 Fundação profunda ... 33
2.6 Interação solo-estrutura ... 34
2.7 Capacidade de carga de fundações ... 35
3.1 Estratégia de pesquisa ... 50
3.2 delineamento ... 50
3.3 Ensaios de caracterização geotécnica ... 51
3.4 Ensaios SPT ... 52
3.5 Local de realização de ensaio de placa ... 53
3.6 Ensaios de placa ... 55
4 RESULTADOS ... 57
4.1 Caracterização geotécnica ... 58
4.1.1 Caracterização geotécnica do solo de Panambi... 58
4.1.2 Síntese dos resultados das classificações dos solos ... 61
4.2 Resultados dos ensaios SPT ... 62
4.3 Resultados dos ensaios de placa de Panambi ... 63
4.4 Resultados das estimativas de tensão admissível ... 66
4.4.1 Prova de carga em placa ... 66
4.4.2 Terzaghi ... 67
4.4.3 Metodologias semi-empíricas ... 69
4.5 Resultados das estimativas de recalque ... 70
4.6 Resultados das estimativas de recalque ... 80
5 CONCLUSÃO ... 82
REFERÊNCIAS ... 84
1 INTRODUÇÃO
A presente pesquisa está ligada a área de engenharia de fundações e integra o projeto de pesquisa intitulado “Estudo da Capacidade de Carga e Recalque de Solos Residuais do Noroeste do Rio Grande do Sul” vinculado ao grupo de pesquisa institucional da UNIJUÍ em “Novos Materiais e Tecnologias para Construção”.
De acordo com Kublik (2010) o solo é muito utilizado na engenharia civil, seja como material na construção ou na sustentação de carga, por ser de baixo custo de aquisição e encontrar-se em grande quantidade. Cada solo tem suas propriedades especificas, condição de umidade e suporte de cargas, portanto, vai se comportar de maneira diferente, consequentemente as deformações não serão iguais entre os diversos tipos de solo.
Deste modo devemos sempre atentar para o fato de que precisamos conhecer estas propriedades específicas que cada solo apresenta para se evitar equívocos na hora de se fazer um projeto de fundações.
1.1 Contexto
Segundo Das (2007) a construção de uma fundação causa aumento de tensão, que depende da carga por unidade de área à qual a fundação está sujeita, da profundida abaixo da fundação onde se deseja ter a estimativa de tensão e de outros fatores. É de extrema importância estimar o aumento da tensão, devido ao carregamento, para que se possa calcular o recalque.
Com o aumento desta tensão no solo, devido a carga de uma fundação Chagas e Lópes (2011) relatam que a fundação deve ser bem projetada para evitar a ruptura dela própria ou do solo, portanto, deve-se calcular a carga admissível da fundação e do solo.
Damasceno (2013) afirma que há alguns itens básicos para que as fundações resistam às cargas da estrutura acima, são elas:
• levar em conta as deformações, apresentando estas, valores aceitáveis; • a fundação deve ser posta em camada de solo resistente;
• a fundação não pode romper, portanto deve ser segura.
estimativas para chegar a esses resultados. Como os valores obtidos são aproximações, devido a variabilidade do solo, faz que com que o engenheiro precise estimar os parâmetros de resistência somente através do ensaio de SPT.
Castro (2010) reforça que muitos dos erros em projetos acontecem pela péssima qualidade das sondagens, onde furos insuficientes ou a sua locação inadequada, causam assim um maior custo pois é necessário superdimensionar e se mal dimensionada a fundação pode sofrer diversas patologias devida principalmente a recalques excessivos.
Conforme Russi (2007) o projetista de fundações deve estabelecer de forma clara e objetiva a capacidade de carga e a estimativa de recalques, baseando-se nas propriedades mecânicas do solo que receberá a fundação, utilizando para isto investigações de campo e/ou laboratório.
Anjos (2006) relata que ainda há muitos projetos de fundações que não dão a devida importância ao cálculo de recalques e transferência de cargas, sendo avaliado, portanto, somente a capacidade de suporte das fundações através de métodos empíricos ou semi-empíricos, que na maioria das vezes é adequado somente ao local onde foi calibrado.
Portanto, para evitar problemas, deve-se fazer uma boa caracterização geotécnica, que segundo Kublik (2010) se define em ensaios de laboratório e de campo. Os ensaios de laboratório são feitos com amostras deformadas e indeformadas, que servem para identificar e classificar o solo e além disto para determinar propriedades relativas à variação de volume e resistência. Já os ensaios de campo fornecem resultados para estimar o comportamento do solo, quando sofre carregamentos, sendo um exemplo o ensaio de placa, que auxilia na elaboração de projetos mais seguros e com maior economia.
De acordo com Medeiros (2013) tem-se muita dificuldade em ter amostras indeformadas em profundidades maiores, portanto utilizam-se os ensaios de campo que retratam melhor o estado de tensões que o solo suportará após o carregamento. Os resultados desses ensaios podem utilizar métodos numéricos ou analíticos para indicar o comportamento mecânico do solo.
A prova de carga direta é um ensaio estático de campo, realizado na superfície ou em profundidade, cujas principais finalidades residem na verificação do comportamento de um elemento de fundação sujeito a um determinado carregamento de compressão e na estimativa de parâmetros indicativos de resistência e de deformabilidade do solo suporte da futura construção (COSTA, 1999, p.5).
É neste ensaio que Russi (2007), ao se referir ao ensaio de placa, afirma que reproduz em menor escala o comportamento real da futura fundação, sendo ótima opção de apoio para o engenheiro no dimensionamento com maior segurança.
“Geralmente, a placa utilizada em uma prova de carga possui dimensões inferiores à da futura sapata. Desta forma, faz-se necessário realizar uma extrapolação dos resultados de recalque da prova de carga em placa (modelo) para uma sapata de fundação (protótipo)” (COSTA, 1999, p.16). A autora integra a equipe do projeto de pesquisa informado na introdução e é bolsista do grupo PET EGC UNIJUÍ MEC/SESU sendo motivos para a realização deste relato.
1.2 Problema
De acordo com Militisky, Consoli e Schnaid (2015) uma fundação que pode ser julgada como adequada deve apresentar apropriado fator de segurança a ruptura e recalques compatíveis com o funcionamento do elemento suportado. Todas as fundações apresentam recalques pois o solo se deforma ao ser carregado, portanto deve-se definir corretamente em projeto o comportamento do solo para prever o deslocamento da fundação.
Sabendo da importância de se conhecer o solo, este trabalho visa apresentar o estágio atual da pesquisa que estuda a capacidade de carga e recalque de solos residuais do noroeste do Rio Grande do Sul, apresentando uma comparação de capacidade de carga e de recalque do solo entre o real e metodologias de estimativas.
1.2.1 Questões de Pesquisa
Vendo a importância deste tema, apresenta-se a questão principal e as questões secundárias da pesquisa:
1. Questão principal:
• Qual é o estágio atual da pesquisa que estuda a capacidade de carga e recalque de solos residuais do noroeste do Rio Grande do Sul?
2. Questão secundária
• Quais métodos de estimativa de carga e de recalque melhor demonstram o comportamento dos solos da região?
1.2.2 Objetivos de Pesquisa ▪ Objetivo Geral
O objetivo geral desta pesquisa é apresentar o estágio atual da pesquisa que estuda a capacidade de carga e recalque de solos residuais do noroeste do Rio Grande do Sul.
▪ Objetivos específicos
Os objetivos específicos da pesquisa são os seguintes:
• definir os métodos mais adequados de estimativa da capacidade de carga e de recalque dos solos da região noroeste do Rio Grande do Sul em ensaios de placa; • apresentar a caracterização geotécnica do solo de Panambi;
• apresentar resultados de novos ensaios de placa e ensaios de SPT na região;
• comparar os valores reais de tensão e recalque obtidos através dos ensaios de carregamento em placas obtidos em campo, com os valores obtidos com diversas metodologias de estimativa de carga e recalque.
1.2.3 Delimitação
O tema se limita a apresentar o estágio atual da pesquisa que estuda a capacidade de carga e recalque de solos residuais do noroeste do Rio Grande do Sul e analisar metodologias de cálculo de capacidade de carga e recalque, comparando-as com os resultados obtidos a partir de provas de carga por meio de ensaios de placa.
2 REVISÃO DA LITERATURA
A seguir será apresentado o embasamento teórico para realização do presente projeto. Primeiramente será realizada elucidação sobre a origem dos solos e classificação, após serão mencionados os solos tropicais, as investigações geotécnicas, os tipos de fundações, a interação solo-estrutura, a capacidade de carga das fundações, a tensão admissível, os tipos de ruptura do solo e por fim os recalques.
2.1 Origem dos solos
Caputo (1988) relata que os solos são formados a partir do intemperismo ou meteorização de rochas, que acontece por desintegração mecânica ou por decomposição química. A desintegração mecânica decorre da ação da água, temperatura, vegetação e vento, que acabam originando pedregulhos, areia, siltes e em condições especiais as argilas. Já a decomposição química ocorre pela ação da água, oxidação, hidratação, carbonatação e os efeitos químicos da vegetação, onde se encontra no final destes processos as argilas.
Sobre a origem dos solos, Caputo (1988) classifica em três tipos: solos residuais, sedimentares e de formação orgânica. Solos residuais são os que permanecem no local da rocha de origem, sendo exemplos os solos lateríticos, os expansivos e os porosos (também chamados de solos colapsíveis, pois em determinadas condições de umidade sua estrutura quebra-se, dando origem a elevados recalque das obras que assentam sobre elas). Os solos sedimentares são os que sofrem a ação de agentes transportadores, que podem ser divididos em aluvionares (quando transportados pela água), eólicos (quando pelo vento), coluvionares (pela ação da gravidade) e glaciares (pelas geleiras). Por fim, solos de formação orgânica são os de origem essencialmente orgânica, seja de natureza vegetal (plantas, raízes), seja animal (conchas).
De acordo com Pinto (1998) há diversos tipos de solos com diferentes comportamentos quando carregados, portanto, se optou por agrupá-los em conjuntos conforme algumas propriedades em comum, ocasionando o surgimento de diversos tipos de classificações dos solos, que serão descritos a seguir.
2.2 Classificação dos solos
De acordo com Pinto (2006) há diversas maneiras de classificar o solo, podendo ser pela origem do solo, pela evolução, pela presença ou não de matéria orgânica, pela estrutura e também pelo preenchimento de vazios. Os índices empregados, em sistemas de classificação que tem como base as características dos grãos, geralmente são a composição granulométrica e os índices de Atterberg, que são os limites respectivamente, de liquidez (LL), de plasticidade (LP) e de contração (LC). Conforme Caputo (1988) os principais sistemas de classificação são o sistema unificado de classificação de solos (SUCS) e a classificação rodoviária da HRB (Highway Research Board). Ambos os sistemas se baseiam na granulometria e nos limites de plasticidade LL e LP.
Caputo (1988) disserta sobre a classificação da SUCS, onde os solos são classificados em três grandes grupos: solos grossos (onde mais que 50% do peso dos grãos são retidos na peneira de número 200), solos finos (onde menos de 50% do peso dos grãos são retido na peneira de número 200) e turfas (solos altamente orgânicos). Nos solos grossos encontramos os pedregulhos (GW, GC, GP e GM) e as areias (SW, SC, SP e SM). Já nos solos finos temos os solos siltosos ou argilosos, com baixa compressibilidade (LL<50, onde se tem os solos ML, CL e OL) ou com alta compressibilidade (LL>50, onde se tem os solos MH, CH e OH). Na Figura 1 é apresentado o gráfico de plasticidade utilizado para classificar solos finos com plasticidade, também chamado de gráfico de Casagrande.
A seguir uma legenda com a nomenclatura dos solos citados: • G de gravel (pedregulho)
• S de sand (areia) • C de clay (argila)
• W de well graded (bem graduado) • P de poorly graded (mal graduado) • M da palavra sueca mo (silte) • O de organic (orgânico) • L de low (baixa)
Figura 1: Gráfico de plasticidade do SUCS
Fonte: Caputo (1988)
Já a classificação HRB da AASHTO (American Association of State Highway and
Transportation Officials) que segundo Das (2007) na classificação o solo é dividido em sete grupos
de A-1 à A-7. Os solos que forem classificados como A-1, A-2 ou A-3 são solos granulares onde até 35% de suas partículas passam na peneira de número 200. Já solos que possuem mais de 35% de suas partículas passante na peneira número 200 podem ser classificados como A-4, A-5, A-6 ou A-7. No quadro 1 é apresentado a classificação da HRB/AASHTO.
Quadro 1: Classificação de solos pela HRB/AASHTO
Fonte: Modificada de Caputo (1988)
Villibor e Nogami (2009) relatam um outro método de classificação, mais adequado aos solos tropicais, chamado de classificação MCT, recomendado para solos com menos de 10% retido na peneira de 2 mm. Os ensaios necessários para está classificação são o de compactação mini- MCV, onde se retira os valores de c’ e d’ e o de perda de massa por imersão, onde se obtém o valor
Classificação Geral
Grupos A-3 A-4 A-5 A-6 A-7
Subgrupos A-1-a A-1-b A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7
A-7-5 A7-6 <50 <30 <15 *** <30 <15 *** *** <35 *** *** <35 *** *** <35 *** *** <35 *** *** <35 *** *** >35 *** *** >35 *** *** >35 *** *** >35 LL LP *** <6 *** <6 *** NP <40 <10 >40 <10 <40 >10 >40 >10 <40 <10 >40 <10 <40 >10 >40 >10 Índice de Grupo (IG) 0 0 0 0 0 <4 <4 <8 <12 <16 <20 Tipos de material Areia fina Classificação como subleito Notas:
* , e indicam, respectivamente, as porcentagens que passam nas peneiras nº 10(2mm), 40(0,42mm) e 200(0,074mm)
*LL e IP refere-se a fração passando na #40 *Para o subgrupo A-7-5:IP<LL-30 e para o A-7-6:IP>LL-30
*A identificação é feita da esquerda para a direita, razão porque o A-3 é cocado antes do A-2, sem que isto signifique superioridade daquele sobre este
*IG=( -35) [0,2+0,005 (LL-40)]+0,01 ( -15) (IP-10) Onde: -35: >0 e <40 LL-40: >0 e <20 -15:>0 e <40 IP-10:>0 e <20
Excelente a bom regular a mau
Solos Granulares ( <35%) A-1 A-2 Solos Siltosos-Argilosos Fragmentos de pedra, pedregulho e areia Pedregulhos e areias siltosas ou argilosas Solos siltosos Solos argilosos 𝑃 00 𝑃10 𝑃 0 𝑃 00 𝑃 00 𝑃 0 𝑃10 𝑃 00 𝑃 00 𝑃 00 𝑃 00
de Pi. Com estes valores aplicados se utiliza a Equação 1 e calcula-se o valor do índice de laterização(e’). Com os valores de c’ e e’ leva-se ao gráfico da Figura 2, verificando-se o solo é laterítico (L) ou não laterítico (N) de acordo com a seu tamanho predominante de grão.
𝑒′= √(𝑃𝑖 100) + ( 0 𝑑′) 3 (1)
Figura 2: Tabela de classificação MCT
Fonte: Villibor e Nogami (2009)
2.3 Solos tropicais
O conhecimento sobre o comportamento dos solos é algo de extrema importância na geotecnia e que de acordo com Kublik (2010) vem se desenvolvendo intensamente devido as novas técnicas de amostragem, equipamentos e modelagem numérica. Os solos tropicais são de entendimento mais complexo em razão de possuírem características diferentes das que encontramos nos livros tradicionais de mecânica dos solos. Villibor e Nogami (2009) dividiram os solos tropicais em solos de comportamento laterítico e os de comportamento não laterítico, também chamados de saprolíticos.
2.3.1 Solo laterítico
Solos lateríticos são aqueles que passam por um processo de laterização. Tal processo consiste na lixiviação de sílicas e catiônicos com consequente concentração de hidróxidos de ferro e alumínio. O clima tropical favorece este processo no solo devido ao seu intemperismo intenso e rápido. Após sofrer o processo de laterização o solo se torna menos suscetível à ação da água, sofrendo menos erosão e com finos mais estáveis se comparado aos solos não lateríticos, além de adquirir uma cimentação que lhe dá bom desempenho mecânico para aplicação em bases de pavimentos (RESCHETTI JUNIOR, 2008, p.06-07).
De acordo com Nogami e Villibor (1983) os solos lateríticos resultam de processos pedológicos em condição bem drenada e clima úmido tropical. Entretanto uma camada de solo pode ter comportamento laterítico mesmo não pertencendo a um perfil pedológico laterítico, da mesma forma um solo laterítico pode não apresentar comportamento laterítico.
2.3.2 Solo saprolítico
Nogami e Villibor (1983) afirmam que os solos saprolíticos tem origem na decomposição e/ou desagregação de uma rocha consolidada. É de extrema importância o conhecimento da macroestrutura desta rocha matriz, pois se esta foi destruída pelos processos pedológicos ou geológicos o solo não pode ser considerado saprolítico.
2.4 Investigações geotécnicas
Conforme Quaresma et al. (1998) a elaboração de projetos geotécnicos exige um conhecimento adequado do solo. Para isto, deve-se identificar e classificar as camadas do solo a ser analisado, sendo exigência a execução de ensaios de campo. Já para a determinação das propriedades de engenharia pode ser feita tanto a partir de ensaios de laboratório quanto dos ensaios de campo, porém na prática, predomina quase que totalmente estes últimos.
Schnaid e Odebrecht (2012) relatam que o projeto geotécnico pode ser realizado com métodos diretos e indiretos. Sendo o primeiro de natureza empírica ou semi-empírica com fundamentação estatística, sendo o ensaio SPT (standard penetratin test) o mais conhecido no Brasil, utilizado para estimar recalques e a capacidade de carga. Já o segundo prevê as propriedades construtivas dos solos, sendo utilizados para isto o ensaio de palheta e pressiométricos. A escolha entre estes dois métodos depende do tipo de solo investigado e de outros fatores.
Milititsky, Consoli e Schnaid (2015) comentam que um a investigação do solo satisfatória deve iniciar pelo que se denomina “estudo de escritório”, onde são apuradas as informações
hidrogeológicas, pedológicas, geotécnicas, entre outras, para se ter uma perspectiva das condições do lugar. Após faz-se o estudo preliminar, onde no Brasil é utilizado normalmente o ensaio SPT (Standard Penetration Test- ensaio de penetração padrão). O estudo seguinte é o complementar, que
dependendo das condições geotécnicas e estruturais do projeto pode abranger ensaios de campo (cone, piezocone, pressiômetro, palheta, sísmica superficial etc.) como ensaios de laboratório (adensamento, triaxiais, cisalhamento direto etc.). Pode-se precisar, no entanto, ensaios especiais caso o solo apresente características diferentes, como no caso de solos colapsíveis.
A seguir será apresentado o ensaio de campo mais utilizado e popular nas investigações geotécnicas, o SPT.
2.4.1 Sondagem SPT
De acordo com Azevedo e Rodrigues (2014) o ensaio mais utilizado para reconhecimento do solo é o SPT, ensaio este com diversas vantagens como a versatilidade frente aos diversos tipos de solo, possibilidade de apresentar a estratigrafia do perfil do solo, definição do nível do lençol freático, além de apresentar baixo custo.
Quaresma et al. (1998) relata que para se iniciar a sondagem, monta-se sobre o terreno um cavalete de quatro pernas (tripé). No topo do tripé é montado um conjunto de roldanas por onde passa uma corda. Com o auxílio de um trado cavadeira, perfura-se até um metro de profundidade. Em uma das extremidades de uma composição de hastes acopla-se o amostrador padrão, sendo este apoiado no fundo do furo aberto com trado cavadeira. Então, ergue-se o martelo com auxílio da corda e roldanas até uma altura de 75 cm acima do topo da composição de hastes e deixa-se que caia sobre esta, em queda livre. Este procedimento é realizado até a penetração de 45 cm do amostrador padrão no solo. Conta-se o número de quedas do martelo necessário para a cravação de cada segmento de 15 cm do total de 45 cm.
De acordo com Schnaid e Odebrecht (2012) o valor de NSPT é o número de golpes que são
necessários para que o amostrador penetre 30 cm, após uma cravação inicial de 15 cm.
Quaresma et al. (1998) ainda relata que o ensaio se prossegue na abertura de mais um metro de furo até alcançar a cota seguinte. Utiliza-se para isto, um “trado helicoidal” que remove o material quando este tem determinada coesão e não está abaixo do nível do lençol freático. Caso não seja possível o “avanço do trado”, por resistência exagerada do solo ou pelo tipo de material
Figura 3: Equipamento de sondagem
Fonte: Schnaid e Odebrecht (2012)
Existem variações como o ensaio SPT-T que de acordo com Schnaid e Odebrecht (2012) nada mais é do que adicionar torque ao ensaio, sendo aplicado na composição da haste na parte superior, para rotacionar o amostrador. A medida do torque é obtida com um torquímetro que fornece dados da resistência a penetração como se pode observar na Figura 4.
Figura 4: Sondagem com torque
Fonte: Schnaid e Odebrecht (2012)
Schnaid e Odebrecht (2012) relatam que a variação dos resultados do ensaio de SPT em diversos países são causadas pelas diferentes técnicas de perfuração utilizadas, pelos equipamentos e procedimentos distintos aplicados e também pela diferença das características dos solos.
Sabendo disto Ruver e Consoli (2006) recomendam usar a Equação 2, onde corrige-se o 𝑁𝑆𝑃𝑇 para o padrão internacional de 60% de energia de cravação compreendendo o valor de 72% aplicado no Brasil. Assim o 𝑁𝑆𝑃𝑇 utilizado é o valor da média aritmética de seus valores até a profundidade de duas vezes a base abaixo da fundação.
𝑁𝑆𝑃𝑇,60 =𝑁𝑆𝑃𝑇,7 ∙ 0,72 ∙ 𝜖
0,60 ∙ 𝜖 = 1,20𝑁𝑆𝑃𝑇,7 (2)
Onde:
𝑁𝑆𝑃𝑇,7 : valor considerando 72% de energia de cravação;
𝑁𝑆𝑃𝑇,60 :padrão internacional de energia de cravação de 60%;
2.4.2 Ensaio de placa
Provas de carga em placa foram uma das primeiras aplicações dos ensaios “in situ” para determinação de propriedades de deformação e de ruptura do solo. Este tipo de ensaio tem sido utilizado em geotecnia não só especificamente em projeto de fundações,mas também no estudo do comportamento de pavimentos (VENDRUSCOLO, 1996, p.22).
Menegotto (2004) comenta que a prova de carga em placa é um ensaio de compressão que visa representar o desempenho de uma fundação em decorrência das cargas oriundas da superestrutura. O ensaio pode ser realizado diretamente na superfície ou em profundidade, sendo esta cota estabelecida de acordo com a necessidade do projeto.
Kublik (2010) reforça que o ensaio pode ser feito com e sem inundação e permite estimar os recalques em diferentes profundidades do terreno, sendo este ensaio de campo muito utilizado atualmente. A instalação da placa é feita sobre solo natural, na mesma cota definida no projeto, aplicando-se então cargas verticais no centro da placa, em estágios, e medindo-se as deformações. Casagrande (2001) comenta algumas das vantagens da utilização das provas de carga em placa, que são:
• economia em relação às provas de carga em verdadeira grandeza;
• como o solo no ensaio de placa é submetido ao mesmo tipo de carregamento que a futura fundação superficial, ele se mostra uma ferramenta eficaz no estudo do comportamento do solo;
• se conhece, com o ensaio, a forma de ruptura que o solo terá quando sofrer o carregamento das estruturas, que é chamado de interação solo-estrutura;
• existência de um grande número de soluções matemáticas fechadas e procedimentos empíricos e semi-empíricos para utilizar na interpretação dos resultados experimentais;
• as condições geométricas do problema são perfeitamente conhecidas, facilitando a aplicação de soluções analíticas, especialmente o método dos elementos finitos. Sobre os tipos de ensaio de placa que podem ser executados, Velloso e Lopes (2010) subdividem da seguinte maneira:
• Quanto a localização da placa:
Figura 5: localização da placa
Fonte: Modificada de Velloso e Lopes (2012)
• Quanto ao tipo de placa:
Pode-se utilizar a placa convencional ou a placa parafuso (Figura 6)
Figura 6: Tipo de placa
Fonte: Modificada de Velloso e Lopes (2012)
• Quanto ao modo de carregamento:
O carregamento pode ser com carga controlada ou deformação controlada (com velocidades diferentes), sendo que está última pode ser feita de duas maneiras; carga incremental mantida, onde se estabelece períodos ou se mantem o carregamento até a estabilização; ou pode ser carga cíclica, onde há diferentes padrões de ciclagem.
A Figura 7 a seguir demonstra os tipos de carregamento citados: carga controlada, carga incremental mantida e carga cíclica.
Figura 7: Tipos de carregamento
Fonte: Modificada de Velloso e Lopes (2010)
2.4.2.1 Sistemas de reação
“Os esforços são transmitidos a placa por meio de macacos hidráulicos, os quais reagem contra um sistema de reação que pode ser de diversos tipos como: caixões de areia, plataformas carregadas, estruturas ou vigas ancoradas no terreno, etc.” (MENEGOTTO, 2004, p.4).
Russi (2007) reforça que esses sistemas de reação podem ser constituídos de cargueira, ou seja um caminhão carregado ou uma caixa de areia, brita ou solo (Figura 8), ou pode-se utilizar a reação de elementos ancorados (estacas) unidos por uma viga de reação (Figura 9).
Figura 8: Reação com cargueira
Figura 9: Viga de reação
Fonte: Russi (2007)
2.4.2.2 Sistema de leitura
Russi (2007) também relata sobre o sistema de transmissão de cargas que é composto geralmente por rótula, um macaco hidráulico, uma célula de carga, uma torre de transferência de carga e a placa. Já no sistema de leitura tem-se os medidores de deslocamento que podem ser deflectômetros ou dispositivos eletrônicos do tipo LVDT, onde estes são fixados em alguns pontos da placa por uma viga de referência, sendo que está viga não sofre qualquer deformação.
2.4.2.3 Realização do ensaio de placa
A NBR 6489 que rege o ensaio de prova de carga direta sobre o terreno de fundação apresenta os procedimentos para a realização do ensaio, sendo algumas apresentadas a seguir (ABNT,1984).
A. Instalação e aparelhamento para a prova de carga:
• a cota da superfície de carga deve ser a mesma que a cota da futura fundação; • a placa utilizada deve ser rígida e ter uma área não menor que 0,5 m², deve ser posta
no solo natural nivelado e deve ocupar todo o fundo do poço. Sendo que a relação entre a largura e profundidade do poço deve ser a mesma que entre a largura e
• deve-se cuidar ao abrir o poço para não alterar as condições de umidade e amolgamento do solo na superfície de carga;
• no entorno da placa ou do poço deve-se nivelar o terreno e não se deve aplicar nenhum carregamento dentro de uma faixa igual ao diâmetro ou lado da placa; • o dispositivo de transmissão de carga deve fazer com que a carga seja aplicada no
centro da placa e deve-se garantir que não ocorram trepidações ou choques. É aconselhado o uso de macaco hidráulico com bomba e manômetro, reagindo contra uma carga de reação;
• a medição dos recalques deve ser feita por extensômetros sensíveis a 0,01mm, sendo estes colocados em dois pontoa diametralmente opostos da placa;
• os dispositivos para medir os recalques não devem sofrer influência dos movimentos da placa, do terreno circunvizinho, do caixão ou das ancoragens, os seus apoios dever ter uma distância de pelo menos 1,5 vezes o diâmetro ou lado da placa, medida a partir do centro da placa;
• deve-se evitar qualquer tipo de trepidação durante o ensaio. B. Execução de provas de carga
• a carga deve ser aplicada na placa em estágios sucessivos de 20% da taxa admissível provável do solo;
• em cada um destes estágios os recalques são lidos logo imediatamente após a aplicação da carga e após intervalos de tempos sucessivos dobrados (1,2,4,8,15 minutos, etc.). Só se acrescenta mais carga quando o recalque estabiliza (com tolerância máxima de 5% do recalque total neste estágio, entre leituras);
• o ensaio deve-se prolongar até ocorrer um recalque de 25mm ou até atingir o dobro da taxa admitida para o solo;
• caso não ocorra a ruptura deve-se manter a carga máxima alcançada por pelo menos 12 horas;
• a descarga também é feita em estágios sucessivos não maiores que 25% da carga total, deve-se ler os recalques da mesma maneira ao carregamento e deve-se manter até a estabilização dos recalques dentro da precisão admitida.
C. Resultados
Os resultados do ensaio são apresentados em uma curva pressão-recalque, onde representam as observações feitas no início e fim de cada estágio de carga, com a indicação dos tempos decorridos. Além da curva deve-se ter as seguintes informações:
• dia e hora no início e fim do ensaio;
• situação do local da prova no terreno e cota da superfície carregada em relação a um RN bem determinado;
• corte do poço de prova com a indicação de dimensões e natureza do terreno até pelo menos uma vez e meia a menor dimensão da placa abaixo da superfície de carga; • referência aos dispositivos de carga e de medida;
• ocorrências excepcionais durante a carga, como perturbações nos dispositivos de carga e medida, modificações na superfície do terreno, entre outros.
2.5 Tipos de fundações
Milititski, Consoli e Schnaid (2015) relatam que com a construção de uma estrutura tem-se a necessidade de transmitir suas cargas, para isto tem-se a fundações, que tem seu comportamento afetado pelo projeto, pelo conhecimento do solo, pelos procedimentos construtivos e pelos acontecimentos que podem ocorrer após a implantação, como por exemplo uma degradação.
Velloso e Lopes (1998) apresentam três requisitos básicos em um projeto de fundação: • devem apresentar deformações aceitáveis;
• ter segurança adequada ao colapso do solo;
• apresentar segurança ao colapso dos elementos estruturais.
Casagrande (2001) comenta que as fundações podem ser classificadas em superficiais ou profundas, tendo ambas a funcionalidade de transferir a carga proveniente das estruturas para o solo. A fundação superficial transmite estas cargas pelas tensões distribuídas sob sua base. Já a profunda pela sua superfície lateral, além da tensão distribuída sob a base, e sua profundidade de assentamento excede duas vezes sua menor dimensão da base. Normalmente as fundações
2.5.1 Fundação superficial
Conforme Velloso e Lopes (1998) as fundações superficiais, também chamadas de fundações rasas ou diretas são as que se apoiam sobre o solo a uma pequena profundidade, dividindo-se em bloco, sapata e radier.
A NBR-6122 (ABNT, 2010) conceitua os tipos de fundações superficiais como sendo: • sapata: dimensionada para que a armadura suporte suas tensões de tração;
• bloco: dimensionada de modo que as tensões de tração sejam suportadas pelo concreto;
• radier: distribui os carregamentos de todos ou parte dos pilares de uma estrutura; • sapata associada: quando a mesma sapata é utilizada para dois pilares;
• sapata corrida: suporte uma carga distribuída linearmente ou de pilares em um mesmo alinhamento.
Na Figura 10 apresenta-se os tipos de fundações superficiais.
Figura 10: Fundações superficiais
Milititsky, Consoli e Schnaid (2015) relatam como problemas nas fundações superficiais devido ao comportamento do solo:
• a construção da fundação em local onde o solo apresenta comportamento diferente por exemplo, área de corte e aterro;
• a falta de cuidado e limpeza da vala da fundação, que pode destruir a estrutura do solo, perdendo assim a sua resistência;
• a sobre-escavação preliminar e os reaterros mal executados; • a substituição de solo com material impróprio ou mal compactado; • as sapatas executadas em cotas diferentes;
• as sapatas executadas em cota superior a canalizações, pois posteriormente pode-se ter vazamentos.
2.5.2 Fundação profunda
Elemento de fundação que transmite a carga ao terreno ou pela base (resistência de ponta) ou por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas, devendo sua ponta ou base estar assente em profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão em planta, e no mínimo 3,0m. Neste tipo de fundação incluem-se as estacas e os tubulões (ABNT, 2010, p.3).
A mesma norma define os dois tipos de fundações profundas apresentados a seguir: • estaca: executado inteiramente por equipamentos ou ferramentas, pode ser de
madeira, aço, concreto pré-moldado, concreto moldado in loco ou pela combinação delas.
• tubulão: onde após escavado há descida de pessoas para alargamento de base ou limpeza do fundo, já que nessas fundações as cargas são transmitidas preponderantemente pela ponta.
Na Figura 11 pode-se visualizar os dois tipos de fundação, onde a letra (a) é estaca e a letra (b) tubulão.
Figura 11: Fundações profundas
Fonte: Modificado de: Velloso e Lopes (2010)
2.6 Interação solo-estrutura
Milititsky, Consoli e Schnaid (2015) relatam que a fundação é o elemento de transição entre a estrutura e o solo, por conta disto o seu comportamento vai influenciar a maneira que o solo se comporta quando sujeito a carregamentos.
De acordo com Caputo (1988) o objetivo da geotecnia é determinar a interação terreno-fundação-estrutura para se prever e evitar os recalques prejudiciais a obra ou a ruptura do terreno que causam colapso do empreendimento como ilustra a Figura 12.
Figura 12: Interação terreno-fundação-estrutura
Milititsky, Consoli e Schnaid (2015) reforçam que não se deve considerar a transferência de carga de um elemento de fundação de forma isolada, pois a existência de alguma outra solicitação acaba alterando as tensões na massa de solo como na situação da Figura 13.
Figura 13: Superposição de tensões
Fonte: Milititsky, Consoli e Schnaid (2015)
2.7 Capacidade de carga de fundações
De acordo com Caputo (1988) os problemas que podem ocorrer nas fundações e obras de terra, podem ser de dois tipos: deformações do solo, que envolve o estudo de recalques, e a ruptura do solo que envolve as questões de capacidade de carga do solo, estabilidade de maciços terrosos e empuxo de terra.
“A deformabilidade de um solo sujeito a carregamentos ou descarregamentos é, principalmente, sua capacidade de deformar os vazios, usualmente por deslocamentos de água. A resistência de um solo é a sua capacidade resistente última a um tal carregamento” (SIMONS E MENZIES, 1981, p.1).
Algumas das causas são citadas pelos autores anteriores para as deformações na estrutura do solo, como:
• colapso da estrutura do solo devido ao encharcamento; • inchamento de solos expansivos;
• variações sazonais de umidade;
• inchamento de solos argilosos após desmatamento; • vibrações em solos arenosos.
De acordo com Cintra, Aoki e Albiero (2003) a capacidade de carga da sapata depende dos parâmetros de resistência do solo, pois cada solo tem suas características, e das características da sapata, como a geometria e a profundidade do embutimento.
2.8 Tensão admissível
Anjos (2006) ressalta que podemos utilizar para determinar a capacidade axial de suporte de fundações métodos analíticos, podendo ser diretos ou indiretos, que são baseados em ensaios de laboratórios ou de campo (in situ) ou por métodos dinâmicos ou baseados na equação da onda ou ainda resultados de provas de carga.
No Quadro 2 abaixo são apresentados alguns métodos de estimativa de tensão admissível do solo utilizados no trabalho integrante do projeto de pesquisa citado na introdução de Immich (2016).
Quadro 2: Método de estimativa de tensão admissível
MÉTODOS NOMENCLATURAS FÓRMULAS
ENSAIO DE PLACA 𝜎𝑎𝑑𝑚 - tensão admissível; 𝜎𝑅 - tensão de ruptura; 𝜎 5 - tensão correspondente a um recalque de 25mm; 𝜎10 - tensão correspondente a um recalque de 10mm. 𝜎𝑎𝑑𝑚 =𝜎𝑅 𝜎𝑎𝑑𝑚 ≤ { 𝜎 5 2 𝜎10
TERZAGHI c - coesão do solo;
Φ’- ângulo de atrito interno; γ - peso especifico do solo; q - sobrecarga sobre a fundação; B – menor largura da fundação; Nc, Nγ e Nq - fatores de capacidade de carga; 𝜎𝑟 = 𝑐. 𝑁𝑐. 𝑆𝑐 + 𝑞. 𝑁𝑞. 𝑆𝑞+1 2. 𝛾. 𝐵. 𝑁𝑦𝑆𝑦 Redução para solos com ruptura por puncionamento:
𝑐′ = 2 3𝑐
Continuação do quadro 2
MÉTODOS NOMENCLATURAS FÓRMULAS
Nc, Nγ e Nq - fatores de capacidade de carga; Sc, Sγ e Sq - fatores de forma. 𝑡𝑔𝜙′= 2 3𝑡𝑔𝜙 MEYERHOF (1956) 𝜎𝑎𝑑𝑚 - tensão admissível; N- resultado do SPT; B- base da fundação em pés; D- profundidade da fundação em pés. 𝜎𝑎𝑑𝑚 = 𝑁. 𝐵.1 + 𝐷 𝐵 30 MEYERHOF (1965) 𝜎𝑎𝑑𝑚 - tensão admissível; N- resultado do SPT; B- base da fundação em pés; 𝑆𝑎- recalque admissível em polegadas. 𝜎𝑎𝑑𝑚 = 𝑁.𝑆𝑎 8 B≤4 pés 𝜎𝑎𝑑𝑚 = (𝑁.𝑆𝑎 1 ) . ( 𝐵+1 𝐵 ) B>4 pés
RUVER 𝜎𝑎𝑑𝑚 - tensão admissível (kN/m²);
𝑁𝑆𝑃𝑇,60 - valor do ensaio SPT
com a correção para energia de 60%.
Método para fundações de 0,30 a 1,60 metros de dimensão e solos residuais com homogeneidade duas vezes o diâmetro ou lado da fundação:
𝜎𝑎𝑑𝑚 = 9,54 ∙ 𝑁𝑆𝑃𝑇,60 ajuste linear 𝜎𝑎𝑑𝑚 = 9,43 ∙ 𝑁𝑆𝑃𝑇,60
0,99
ajuste não linear Limite superior: 𝜎𝑎𝑑𝑚 = 9,54. 𝑁𝑆𝑃𝑇,60 + 6,41√𝑁𝑆𝑃𝑇,602 − 20,3 ∙ 𝑁𝑆𝑃𝑇,60+ 167,3 Limite inferior: 𝜎𝑎𝑑𝑚 = 9,54 ∙ 𝑁𝑆𝑃𝑇,60 − 6,41√𝑁𝑆𝑃𝑇,60− 20,3 ∙ 𝑁𝑆𝑃𝑇,60+ 167,3
Continuação do quadro 2
MÉTODOS NOMENCLATURAS FÓRMULAS
TEIXEIRA E GODOY
𝜎𝑎𝑑𝑚 - tensão admissível;
N- resultado do SPT.
Para valores de N entre 5 e 20. 𝜎𝑎𝑑𝑚 = 0,02𝑁 (MPa)
MELLO 𝜎𝑎𝑑𝑚 - tensão admissível em
Mpa;
𝑁𝑆𝑃𝑇- resultado do ensaio de
SPT.
Para valores de 𝑁𝑆𝑃𝑇 entre 4 e 16:
𝜎𝑎𝑑𝑚 = 100 ∙ (√𝑁𝑆𝑃𝑇 − 1)
BOWLES 𝜎𝑎𝑑𝑚 - tensão admissível em
kPa;
𝑁55-resultado do SPT ajustado
para 55% de energia; B- base da fundação;
𝐾𝑑- coeficiente de relação do
tamanho com a profundidade da fundação; 𝐹1, 𝐹 , 𝐹3 𝑒 𝐹 - fatores de carga. 𝜎𝑎𝑑𝑚 = (𝑁55 𝐹 1 ⁄ ) . 𝐾𝑑 B≤𝐹 𝜎𝑎𝑑𝑚 = (𝑁55⁄ ) . (𝐹 𝐵+𝐹3 𝐵 ) . 𝐾𝑑 B>𝐹 𝐾𝑑 = 1 + 0,33. ( 𝐷 𝐵) ≤1,33
TENG 𝜎𝑎𝑑𝑚 - tensão admissível em psf; N- resultado do SPT; B- base da fundação em pés; 𝑅′𝑤-fator de redução. 𝜎𝑎𝑑𝑚 = 720. (𝑁 − 3). [ 𝐵 + 1 2. 𝐵 ] . 𝑅′𝑤
PARRY 𝑄𝑢𝑙𝑡-tensão de rompimento;
𝑁𝑚- valor do 𝑁𝑠𝑝𝑡.
Continuação do quadro 2
MÉTODOS NOMENCLATURAS FÓRMULAS
PECK 𝑞𝑎- tensão admissível em kPa
𝑁1(60) - valor corrigido do 𝑁𝑠𝑝𝑡;
𝐶𝑛- fator de sobrecarga; Pa-100 kPa;
𝜎′- tensão efetiva do solo no ponto de medida. 𝑞𝑎 = 10,6. 𝑁1(60) 𝐶𝑛 = (𝑃𝑎 𝜎′) 0,5 𝑁1(60) = 𝐶𝑛. 𝑁60 BURLAND E BURBIDGE 𝑞𝑎- tensão admissível; 𝑁60 - valor do 𝑁𝑠𝑝𝑡 com energia de 60%; T- coeficiente de valor 2,23; B- dimensão da base da fundação.
Tensão admissível para um recalque de 25mm:
𝑞𝑎 = 2540. 𝑁60
1.
10𝑇. 𝐵0.75
Fonte: Immich (2016) e autoria própria
A Tabela 1 demostra os valores de coesão e a Tabela 2 mostra os valores para o peso específico do solo utilizados no método de Terzaghi.
Tabela 1: Valores de coesão
ARGILAS
Muito mole
Mole
2
4
10
25
Média
4
8
25
50
Rija
8
15
50
100
Muito Rija
15
30
100
200
Dura
NSPT
COESÃO c (kPa)
<2
<10
>30
>200
Tabela 2: Valores de peso específico
Fonte: Adaptado Alonso (2012)
Ainda para a metodologia de Terzaghi tem-se os fatores de carga e forma nas Figuras 14 e 15.
Figura 14: Fatores de carga
Fonte: Adaptado de Shill e Hoque, 2015 apud Immich 2016
NSPT
CONSISTÊNCIA
PESO
ESPECÍFICO
≤2
Muito mole
13
3 a 5
Mole
15
6 a 10
Média
17
11 a 19
Rija
19
≥20
Dura
21
Figura 15: Fatores de forma
Fonte: Shill (2015) e Hoque apud Immich 2016
Na Figura 16 temos os fatores F para o cálculo pelo método de Bowles, e na Figura 17 os fatores de redução utilizados na metodologia de Teng.
Figura 16: Fatores F
Figura 17: Fatores de redução pelo nível do lençol freático
Fonte: Luteneggner e Degroot 1995, apud Immich 2016
2.9 Tipos de ruptura do solo
Conforme Cintra, Aoki e Albiero (2011) a ruptura do solo pode ser do tipo frágil (ruptura geral) ou dúctil (ruptura por puncionamento). No primeiro tipo a sapata pode girar, levantando uma porção de solo para cima da superfície do terreno, sendo característico de solos mais resistentes (menos deformáveis). A ruptura é súbita e catastrófica, levando ao tombamento da sapata. Já a segunda é caracterizada por deslocamentos da sapata para baixo sem desaprumar, típico de solos mais deformáveis (menos resistentes).
Além desses dois casos extremos de ruptura geral e por puncionamento, Vesic (1975) considera também ruptura local, que ocorre em solos de média compacidade ou consistência (areias mediamente compactas e argilas médias), sem apresentar um mecanismo típico, constituindo um caso intermediário dos outros dois modos de ruptura (CINTRA, AOKI, ALBIERO, 2011, p.25).
Velloso e Lopes (2010) tendo em mãos os trabalhos de Vesic (1975) relatam que essa ruptura local tem característica de gerar empolamento do solo, como na ruptura geral, entretanto não ocorrerá colapso ou tombamento da estrutura, além disto a estrutura se desloca para baixo na vertical como na ruptura por puncionamento.
A Figura 18 apresenta os três tipos de ruptura citados, sendo a letra (a) geral, (b) local e (c) por puncionamento.
Figura 18: Tipos de rupturas
Fonte: Modificada de Velloso e Lopes (2012)
2.10 Recalques
Das (2007) explica que o recalque advém da compressão do solo que ocorre pela deformação e deslocamento de partículas do solo e pela expulsão de água ou ar nos vazios existentes no solo, quando este carregado.
Segundo Velloso e Lopes (2012) uma fundação sofre dois tipos de recalques, quando carregada, o recalque instantâneo ou imediato que ocorre logo após o carregamento e o recalque que ocorre ao longo do tempo, sendo a soma dos dois o recalque final.
Pinto (2006) reforça que deformações rápidas ocorrem em solos arenosos ou argilosos não saturados, já em solos argilosos saturados encontram-se recalques lentos pelo fato da necessidade
Teixeira e Godoy (1998) relata que quando a resistência ao cisalhamento do solo é maior do que a tensão cisalhante aplicada há deformações com mudança de forma, mas sem diminuição do volume do solo, onde a ocorrência deste recalque é praticamente simultânea com a aplicação da carga, sendo denominado de recalque imediato, inicial ou elástico. Já o recalque primário advém de deformações volumétricas ou por adensamento com redução do índice de vazios do solo. Por último o recalque secundário provém das deformações que permanecem acontecendo em solos argilosos muito plásticos e orgânicos após um tempo suficiente para que as sobrepressões neutras alcancem valores próximos de zero.
Castro (2010) alega que os recalques podem causar danos estéticos, que prejudicam somente a aparência da obra como o aparecimento de fissuras em alvenaria de vedação e pequeno desaprumo da edificação devido à rotação de corpo rígido, e danos funcionais, que comprometem o uso da edificação como a dificuldade de abertura de portas e janelas, desaprumo acentuado e problemas de drenagem. Dependendo da magnitude destes danos pode se ter colapso estrutural advindas de fissuras em vigas, lajes, pilares e alvenaria estrutural.
Velloso e Lopes (2012) descrevem as três principais formas que a estrutura pode deformar. A primeira delas é pelo recalque uniforme que pode causar danos estéticos, funcionais e danos às ligações da estrutura com o exterior (tubulação de água, passarela etc.). Já o recalque desuniforme sem distorção é visto em danos estéticos devido ao desaprumo da edificação e danos funcionais resultantes do desnivelamento de pisos etc. E por último o recalque desuniforme com distorção que é acompanhado dos danos dos dois tipos de recalque mencionados acrescido de fissurações e danos estruturais.
Na Figura 19 visualiza-se as deformações que podem ocorrer na estrutura devido ao recalque, sendo elas, (a) recalque uniforme, (b) recalque desuniforme sem distorção e (c) recalque desuniforme com distorção.
Figura 19: Deformações de uma estrutura
No Quadro 3 abaixo é demonstrado os métodos de estimativa de recalque retirados de Immich (2016):
Quadro 3: Métodos de estimativa de recalque
MÉTODOS NOMENCLATURAS FÓRMULAS
ENSAIO DE PLACA 𝜌𝑠- recalque da sapata; 𝜌𝑝 – recalque da placa; 𝐵𝑝- diâmetro da placa. 𝜌𝑠 = 𝜌𝑝. 𝐵𝑠 𝐵𝑝 TEORIA DA ELASTICIDADE 𝜌𝑖- recalque imediato;
𝜎 -tensão média da base da fundação;
B-menor dimensão da fundação; v- coeficiente de Poisson;
𝐸𝑠-modo de elasticidade do solo; Ip- fator de influência.
𝜌𝑖 = 𝜎. 𝐵 [1 − 𝑣 𝐸𝑠 ] Ip SCHULTZE E SHERIF 𝜌- recalque em milímetros; s- coeficiente de recalque; P- pressão de contato; 𝑁𝑆𝑃𝑇- valor médio do SPT; D- profundidade da fundação em metros; B- largura da fundação em metros; L- comprimento em metros; Ds- Espessura da camada (se for menor que o dobro da largura deve-se reduzir com os fatores de redução.
𝜌 = 𝑠𝑃
Continuação do quadro 5
MÉTODOS NOMENCLATURAS FÓRMULAS
MEYERHOF (1965) 𝑠- recalque em polegadas; q- tensão atuante em tfs; N- valor do SPT; B- base da fundação. 𝑠 = 𝑞 𝑁 B≤4 pés 𝑠 = (6𝑞 𝑁) . ( 𝐵 𝐵+1) B>4 pés MEYERHOF (1974) 𝑠- recalque em polegadas; q- tensão atuante em tfs; N- valor do SPT; B- base da fundação em pés; 𝐶𝑑- correção da profundidade. 𝑠 = 𝑞. (𝐵 1 2 𝑁) . 𝐶𝑑 B≤4 pés 𝐶𝑑 = 1 − 0,25(𝐷 𝐵)
D’APPOLONIA ET AL. 𝑠- recalque em polegadas; q- tensão atuante em tsf; B- base da fundação em pés; N- valor do SPT; 𝐶𝑑- correção da profundidade. 𝑠 = (16𝑞 3𝑁) . 𝐶𝑑 B≤4 pés 𝑠 = (8𝑞 𝑁) . ( 𝐵 𝐵+1) . 𝐶𝑑 B>4 pés 𝐶𝑑 = 1 − 0,25(𝐷 𝐵)
ANAGNOSTOPOULOS 𝑠- recalque em milímetros; q- tensão atuante em kPa; B- base da fundação em metros; N- valor do SPT 𝑠 = 0,57.𝑞0,94.𝐵0,90 𝑁0,87 0<N≤10 𝑠 = 0,35.𝑞1,01.𝐵0,69 𝑁0,94 10<N≤30 𝑠 = 60 .𝑞0,90.𝐵0,76 𝑁2,82 N>30 𝑠 = 1,90.𝑞0,77.𝐵0,45 𝑁1,08 B≤3m 𝑠 = 1,6 .𝑞1,02.𝐵0,59 𝑁1,37 B>3
Continuação do quadro 5
MÉTODOS NOMENCLATURAS FÓRMULAS
RUVER 𝜌- recalque em milímetros; B-menor dimensão da sapata; 𝑞- tensão aplicada em kN/m²; 𝑁𝑆𝑃𝑇,60- média aritmética do
número de golpes do ensaio SPT a uma profundidade 2B abaixo da cota de assentamento da fundação com correção de energia de 60%. 𝜌 =0,308. 𝑞. 𝐵 𝑁𝑆𝑃𝑇,600,93 𝜌𝑚𝑖𝑛 = 0,505. 𝑞. 𝐵. 10𝐻 𝑁𝑆𝑃𝑇,600,93 𝜌𝑚á𝑥 = 0,188. 𝑞. 𝐵 𝑁𝑆𝑃𝑇,600,93 . 10𝐻 𝐻 = √[log(𝑁𝑆𝑃𝑇,60)] − 2. [log(𝑁𝑆𝑃𝑇,60)] + 1,11 BURLAND E BURBIDGE 𝑁60(𝑎)- valor corrigido de 𝑁60; 𝜌- recalque em milímetros; 𝜎′- pressão média efetiva da fundação em kN/m²;
B- menor largura da fundação em metros; 𝐼𝑐- índice de compressão. 𝑁60(𝑎)= 1,25. 𝑁60 𝑁60(𝑎) = 15 + 0,5(𝑁60− 15) 𝜌 = 𝜎′. 𝐵0,7. 𝐼𝑐 𝐼𝑐 = 1,71 𝑁601, TERZAGHI E PECK 𝑠- recalque em polegadas; q- tensão atuante em tsf; N- valor do SPT; B- base da fundação em pés; 𝐶𝑤- fator de correção do nível
d’água; 𝐶𝑑- correção da profundidade; w- profundidade do nível d’água; 𝑠 =8𝑞 𝑁. 𝐶𝑤. 𝐶𝑑 B≤4 pés 𝑠 =1 𝑞 𝑁 . ( 𝐵 𝐵+1) . 𝐶𝑤. 𝐶𝑑 B≥4 pés 𝐶𝑤 = 2 − (𝑤 𝐵) ≤2 𝐶𝑤 = 2 − 0,5( 𝐷 𝐵) ≤2 𝐶𝑑 = 1 − 0,25( 𝐷 𝐵)
Continuação do quadro 5
MÉTODOS NOMENCLATURAS FÓRMULAS
PECK E BAZARRA 𝑠- recalque em polegadas; q- carga em tsf; 𝑁𝑐- valor do 𝑁𝑆𝑃𝑇; B- base da fundação;
𝐶𝑤- correção do nível d’água
(se a lâmina da agua está abaixo
da profundidade da fundação mais metade de sua base considerar o valor como 1,0);
𝐶𝑑- correção da profundidade. 𝑠 = (16𝑞 3𝑁𝑐). 𝐶𝑑. 𝐶𝑤 B≤4pés 𝑠 = 8. 𝑞 𝑁𝑐( 𝐵 𝐵+1) . 𝐶𝑑. 𝐶𝑤 B>4 pés 𝑁𝑐 = 𝑁 1+ 𝑝′ p’≤1,5ksf 𝑁𝑐 = 𝑁 3, 5+0,5𝑝′ p’≤1,5ksf 𝐶𝑑 = 1 − 0,4(𝑦𝐷 𝑞 ) 0,5
Fonte: Immich (2016) e autoria própria
Na Figura 20 temos os fatores de influência para o cálculo pelo método da Teoria da Elasticidade, e na Figura 21 tem-se os coeficientes de recalque e redução utilizados na metodologia de Schultze e Sherif.
Figura 20: Fatores de influência
Figura 21: Coeficientes de recalque e redução
