Baixe Cálculo de Carga Admissível em Pilares de Concreto: Fatores de Segurança e Provas de Carga e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Materiais, somente na Docsity!
Esqueleto da NBR 6122/2009 -------
Prefácio
Introdução
1 Escopo
2 Referências normativas
3 Definições
4 Investigações geológicas e geotécnicas
4.1 Reconhecimento Inicial 4.2 Investigação geológica 4.3 Investigação geotécnica preliminar 4.4 Investigação geotécnica complementar 4.5 Sondagens e ensaios de campo 4.5.1 Sondagem a percussão com medida de torque 4.5.2 Ensaio de cone 4.5.3 Ensaio de palheta ( vane test ) 4.5.4 Ensaio de placa 4.5.5 Ensaio pressiométrico 4.5.6 Ensaio dilatométrico 4.5.7 Ensaios sísmicos 4.5.8 Ensaios de permeabilidade 4.5.9 Ensaio de perda d’Água em rocha 4.6 Ensaios de laboratório 4.6.1 Ensaios de caracterização 4.6.2 Ensaio de cisalhamento direto 4.6.3 Ensaios triaxiais 4.6.4 Ensaio de adensamento 4.6.5 Ensaios para caracterização de expansibilidade 4.6.4 Ensaio de colapsibilidade 4.6.4 Ensaio de permeabilidade 4.6.4 Ensaios químicos
- Ações nas fundações 5.1 Ações provenientes da super-estrutura 5.2 Ações decorrentes do terreno 5.3 Ações decorrentes da água superficial e subterrânea 5.4 Ações excepcionais 5.5 Análise de interação fundação-estrutura 5.6 Peso próprio das fundações 5.7. Alivio de cargas devido a vigas alavanca 5.8 Atrito negativo 5.8.1 Em termos de fator de segurança global. 5.8.2 Em termos de valores de projeto (fatores de segurança parciais)
- Segurança nas fundações 6.1 Generalidades 6.1.1 Região representativa do terreno 6.2 Estados Limites 6.2.1 Verificação dos Estados Limites Últimos 6.2.1.1 Fatores de segurança de fundação superficial (rasa ou direta) 6.2.1.2 Fatores de segurança para verificação de tração. 6.2.1.2.1 Carregamento dado em termos de valores característicos 6.2.1.2.2 Carregamento dado em termos de valores de projeto 6.2.1.3 Fatores de segurança para verificação de deslizamento. 6.2.1.3.1 Carregamento dado em termos de valores característicos 6.2.1.3.2 Carregamento dado em termos de valores de projeto 6.2.1.4 Fator de segurança para verificação de flutuação 6.2.2.2 Resistência de fundações profundas 6.2.2.1.1 Resistência calculada por método semi-empírico 6.2.2.1.2 Resistência obtida por provas de carga na fase de elaboração ou adequação do projeto 6.2.2 Verificação dos Estados Limites de Serviço 6.2.2.1 Generalidades 6.2.2.2 Valores limites para deslocamentos das fundações 6.2.2.2.1 Limites de utilização a serem considerados
6.3 Ação do vento 6.3.1. Cálculos em termos de valores característicos. 6.3.2. Cálculos em termos de valores de projeto
7 Fundação superficial(rasa ou direta)
7.1 Generalidades 7.2 Tensão admissível ou tensão resistente de projeto 7.3 Determinação da tensão admissível ou tensão resistente de projeto a partir do estado limite último 7.3.1 Métodos disponíveis 7.3.2 Prova de carga sobre placa 7.3.3 Métodos teóricos 7.3.4 Métodos semi-empíricos 7.4 Determinação da tensão admissível ou da tensão resistente de projeto a partir do estado limite de serviço 7.4.1 Provas de Carga 7.4.2 Métodos Teóricos 7.5 Determinação da tensão admissível ou da tensão resistente de projeto - Considerações gerais 7.5.1. Elementos de fundação sobre rocha 7.5.2. Solos Compressíveis 7.5.3. Solos Expansivos 7.5.4. Solos Colapsíveis 7.6 Dimensionamento geométrico 7.7 Critérios adicionais 7.7.1 Dimensão mínima 7.7.2 Profundidade mínima 7.7.3 Lastro 7.7.4 Fundações em cotas diferentes 7.8 Dimensionamento estrutural - Considerações
8 Fundações profundas
8.1 Generalidades 8.2 Carga admissível ou carga resistente de projeto 8.2.1 Determinação da carga admissível (carga resistente de projeto) 8.2.1.1 Prova de carga 8.2.1.2 Métodos estáticos 8.2.1.3 Determinação da carga admissível ou carga resistente de projeto a partir do estado limite de serviço 8.3 Métodos dinâmicos 8.4 Fórmulas dinâmicas 8.5 Ensaios de carregamento dinâmico 8.2.2 Determinação da carga admissível ou carga resistente de projeto de tubulões 8.2.2.1 Tensão admissível ou tensão resistente de projeto 8.2.2.2 Determinação da tensão admissível ou tensão resistente de projeto a partir do estado limite último 8.2.2.3 Determinação da tensão admissível ou da tensão resistente de projeto a partir do estado de serviço 8.2.2.4 Elementos de fundação sobre rocha 8.2.2.5 Dimensionamento geométrico 8.2.2.6 Critérios adicionais 8.2.2.6.1 Dimensionamento da Base 8.2.2.6.2 Ângulo β de inclinação da Base 8.4 Outras solicitações 8.4.1 Tração 8.4.2 Esforços transversais 8.4.3 Atrito negativo 8.4.4 Efeito de carregamento assimétrico sobre solo mole 8.3 Efeito de grupo 8.5 Orientações gerais 8.5.1 Execução de estacas pertencentes a grupos
NOTAS
- Reconhecendo que a Engenharia de Fundações não é uma ciência exata e que riscos são inerentes a toda e qualquer atividade que envolva fenômenos ou materiais da Natureza, os critérios e procedimentos constantes desta Norma procuram traduzir o equilíbrio entre condicionantes técnicos, econômicos e de segurança usualmente aceitos pela sociedade na data da sua publicação.
- Este Documento Técnico não contempla aqueles tipos de fundação que têm aplicação restrita a uma determinada região do país e aqueles que estão em desuso. Aplicação restrita não está clara, desusos menos ainda. 3)Obras especiais tais como plataformas “offshore”,linhas de transmissão etc., são também regidas por este Documento Técnico ABNT no que for aplicável, mas devem obedecer às normas específicas para cada caso particular.
2 Referências normativas
Os documentos relacionados a seguir são indispensáveis à aplicação deste documento. Para referências datadas, aplicam-se somente as edições citadas. Para referências não datadas, aplicam-se as edições mais recentes do referido documento (incluindo emendas).
ABNT NBR 5738: Moldagem e cura de corpos-de-prova, cilíndricos ou primáticos, de concreto
ABNT NBR 5739: Concreto – ensaios de compressão de corpos-de-prova cilíndricos
ABNT NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto – Procedimento
ABNT NBR 6457: Solo-preparação de amostras
ABNT NBR 6459: Solo-determinação do limite de liquidez
ABNT NBR 6484: Execução de sondagens de simples reconhecimento de solos – Método de ensaio
ABNT NBR 6489: Prova de carga direta sobre terreno de fundação - Procedimento
ABNT NBR 6502: Rochas e Solos-Terminologia
ABNT NBR 6508:Grãos de solo que passam na peneira de 4,8 mm-determinação da massa específica
ABNT NBR 7180: Solo-determinação do limite de plasticidade
ABNT NBR 7181: Solo-análise granulométrica
ABNT NBR 7190: Projeto de estruturas de madeira
ABNT NBR 7212: Execução de conreto dosado em central
ABNT NBR 7222: Argamassa e concreto-determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos
ABNT NBR 7223: Concreto - Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone
ABNT NBR 8036: Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios-Procedimento
ABNT NBR 8681: Ações e segurança nas estruturas - Procedimento
ABNT NBR 8800: Projeto e execução de estruturas de aço de edifícios – Método dos estados limites
ABNT NBR 8953: Concreto para fins estruturais – classificação por grupos de resistência
ABNT NBR 9062: Projeto e execução de estruturas de concreto pré-moldado - Procedimento
ABNT NBR 9603: Sondagem a trado
ABNT NBR 9604:1986 Abertura de poço e trincheira de inspeção em solo, com retirada de amostras deformadas e indeformadas
ABNT NBR 9820: Coleta de amostras indeformadas de solos de baixa consistência em furos de sondagem
ABNT NBR 10905: Solo - Ensaios de palheta in situ
ABNT NBR 10908: Aditivos para argamassa e concretos - Ensaios de uniformidade
ABNT NBR 11768: Aditivos para concreto de cimento Portland
ABNT NBR 12007: Solo-ensaio de adensamento unidimensional
ABNT NBR 12069: Solo - Ensaio de penetração de cone in situ (CPT)
ABNT NBR 12131: Estacas – Prova de carga estática – Método de ensaio
ABNT NBR 12317: Verificação de desempenho de aditivos para concreto
ABNT NBR 12655: Preparo, controle e recebimento de concreto
ABNT NBR 13208: Estacas – Ensaio de Carregamento dinâmico – Método de ensaio
3 Definições
Para os efeitos deste Documento Técnico ABNT,aplicam-se os seguintes termos e definições.
3.1 Fundação superficial (rasa ou direta)
Elemento de fundação em que a carga é transmitida ao terreno pelas tensões distribuídas sob a base da fundação, e a profundidade de assentamento em relação ao terreno adjacente à fundação é inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação.
3.2 Sapata
Elemento de fundação superficial, de concreto armado, dimensionado de modo que as tensões de tração nele resultantes sejam resistidas pelo emprego de armadura especialmente disposta para esse fim.
3.3 Bloco
Elemento de fundação superficial de concreto,dimensionado de modo que as tensões de tração nele resultantes sejam resistidas pelo concreto,sem necessidade de armadura.
3.4 Radier
Elemento de fundação superficial que abrange parte ou todos os pilares de uma edificação, distribuindo
os carregamentos.
3.5 Sapata associada
Sapata comum a dois ou mais pilares.
3.6 Sapata corrida
Sapata sujeita à ação de uma carga distribuída linearmente ou de pilares ao longo de um mesmo alinhamento.
3.7 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 3,0 m.
Neste tipo de fundação incluem-se as estacas e os tubulões.
3.8 Estaca
Elemento de fundação profunda executado inteiramente por equipamentos ou ferramentas, sem que em qualquer fase de sua execução, haja descida de pessoas. Os materiais empregados podem ser: madeira, aço, concreto pré-moldado, concreto moldado in loco ou pela combinação dos anteriores.
3.9 Tubulão
Elemento de fundação profunda, escavado no terreno em que, pelo menos na sua etapa final, há descida de pessoas, que se faz necessária para executar o alargamento de base ou pelo menos a limpeza do fundo da escavação, uma vez que neste tipo de fundação as cargas são transmitidas essencialmente pela ponta.
3.10 Estaca cravada
Estaca introduzida no terreno por golpes de martelo de gravidade, de explosão, hidráulico ou martelo vibratório.
3.11 Estaca de concreto moldadas in loco
Estaca executada preenchendo-se, com concreto ou argamassa, perfurações previamente executadas no terreno
3.12 Estaca de reação (mega ou prensada)
Estaca introduzida no terreno por meio de macaco hidráulico reagindo contra uma estrutura já existente ou criada especificamente para esta finalidade.
3.13 Estaca raiz
Estaca armada e preenchida com argamassa de cimento e areia, moldada in loco executada através de perfuração rotativa ou roto-percussiva, revestida integralmente, no trecho em solo, por um conjunto de tubos metálicos recuperáveis.
3.14 Estaca escavada com injeção ou micro-estaca
Estaca moldada in loco, armada, executada através de perfuração rotativa ou roto-percussiva e injetada com calda de cimento por meio de um tubo "manchete".
3.15 Estaca escavada mecanicamente
Estaca executada por perfuração do solo através de trado mecânico, sem emprego de revestimento ou fluido estabilizante,para que,em seguida,o furo seja preenchido com concreto que é vertido a partir da superfície com auxílio de um funil. Um caso particular da estaca escavada mecanicamente é a estaca broca executada por perfuração com trado manual, na maioria das vezes, e posterior concretagem através do lançamento do concreto a partir da superfície.
3.16 Estaca Strauss
Estaca executada por perfuração do solo com uma sonda ou piteira e revestimento total com camisa metálica, realizando-se o lançamento do concreto e retirada gradativa do revestimento com simultâneo apiloamento do concreto.
3.17 Estaca escavada com fluido estabilizante
Estaca moldada in loco sendo a estabilidade da parede da perfuração assegurada pelo uso de lama bentonítica, fluído estabilizante ou revestimento metálico total ou parcial. Recebe a denominação de estaca escavada quando a perfuração é feita por uma caçamba acoplada a uma perfuratriz, e estaca barrete quando a seção for retangular e escavada com utilização de “clam-shell”.
f) razão de deflexão (∆/l)
g) rotação ou desaprumo quando o edifício se comporta como corpo rígido (ω)
h) distorção angular (β).
Figura 3.33:movimentos da fundação
3.34 Levantamento
Movimento vertical ascendente de uma fundação.
3.35 Viga alavanca ou de equilíbrio
Elemento estrutural que recebe as cargas de um ou dois pilares (ou pontos de carga)e é dimensionado de modo a transmiti-las centradas às fundações. Da utilização de viga de equilíbrio resultam cargas nas fundações diferentes das cargas dos pilares nelas atuantes.
3.36 Valores representativos das ações
Ações quantificadas por valores representativos, que podem ser característicos, característicos nominais, reduzidos de combinação, convencionais excepcionais, reduzidos de utilização e raros de utilização.Os significados de cada um destes valores são aqueles definidos na ABNT 8681-2003.
3.37 Valores característicos de parâmetros geomecânicos
Valores determinados de tal forma que a probabilidade de ocorrência de valores mais desfavoráveis do que aqueles que conduzem ao estado limite em consideração não seja maior do que 5%. Quando não for dado um tratamento estatístico aos dados disponíveis, devem ser considerados como valores característicos os parâmetros geomecânicos determinados a favor da segurança.
3.38 Carga de ruptura de uma fundação
Carga aplicada à fundação que provoca deslocamentos significativos que comprometam sua segurança ou desempenho.
3.39 Tensão de ruptura de uma fundação
Tensão aplicada à fundação que provoca deslocamentos significativos que comprometam sua segurança ou desempenho.
3.40 Método de valores admissíveis
Método em que as cargas ou tensões de ruptura são divididas por um fator de segurança global.
3.41 Método de valores de projeto
Método em que as cargas ou tensões de ruptura são divididas pelo coeficiente de minoração das resistências.
3.42 Solos compressíveis
Solos que apresentam deformações elevadas quando solicitados por sobrecargas pouco significativas ou mesmo por efeito de carregamento devido ao seu peso próprio.
3.43 Solos expansivos
Solos que por sua composição mineralógica aumentam de volume quando há alivio de tensões confinantes e acréscimo do teor de umidade.
3.44 Solos colapsíveis
Solos que apresentam brusca redução de volume quando submetidos a acréscimos de umidade,sob a ação de carga externa.
3.45 Interação solo-estrutura
Mecanismos de análise estrutural que consideram a deformabilidade das fundações juntamente com a
super estrutura.
3.46 Subpressão hidrostática ou simplesmente subpressão
Esforço vertical de empuxo hidrostático atuante sobre estruturas enterradas.
3.47 Atrito negativo
O atrito lateral é considerado negativo quando o recalque do solo é maior que o recalque da estaca ou tubulão. Esse fenômeno ocorre no caso de o solo estar em processo de adensamento, provocado pelo seu peso próprio, por sobrecargas lançadas na superfície, por rebaixamento do lençol freático, pelo amolgamento da camada mole compressível decorrente de execução de estaqueamento, etc.
4. Investigações geológicas e geotécnicas
4.1 Reconhecimento inicial
Os seguintes aspectos que são de grande importância na elaboração dos projetos e previsão do desempenho das fundações:
a) visita ao local; b) feições topográficas e eventuais indícios de instabilidade de taludes; c) indícios da presença de aterro (“bota fora”) na área; d) indícios de contaminação do subsolo, lançada no local ou decorrente do tipo de ocupação anterior; e) prática local de projeto e execução de fundações; f) estado das construções vizinhas; g) peculiaridades geológico-geotécnicas na área, tais como: presença de matacões, afloramento rochoso nas imediações, áreas brejosas, minas d´água, etc.
4.2 Investigação geológica
Em função do porte da obra ou de condicionantes específicos, deve ser realizada vistoria geológica de campo por profissional especializado, eventualmente,complementada por estudos geológicos adicionais.
4.3 Investigação geotécnica preliminar
Para qualquer edificação deverá ser feita uma campanha de investigação geotécnica preliminar constituída, no mínimo, por sondagens a percussão (com SPT), visando a determinação da estratigrafia e classificação dos solos, a posição do nível d'água e a medida do índice de resistência à penetração N SPT ,de acordo com a ABNT NBR 6484.Na classificação dos solos deverá ser empregada a ABNT NBR
Em função dos resultados obtidos na investigação geotécnica preliminar, poderá ser necessária uma investigação complementar, através da realização de sondagens adicionais, bem como de outros ensaios de campo e de ensaios de laboratório. Em obras de grande extensão, a utilização de ensaios geofísicos pode se constituir num auxiliar eficaz no traçado dos perfis geotécnicos do subsolo. Independentemente da extensão da investigação geotécnica preliminar realizada, devem ser feitas investigações adicionais sempre que, em qualquer etapa da execução da fundação, forem constatadas diferenças entre as condições locais e as indicações fornecidas pela investigação preliminar, de tal forma que as divergências fiquem completamente esclarecidas. Para a programação de sondagens de simples reconhecimento para fundações de edifícios deverá ser empregada a norma ABNT NBR 8036.
4.4 Investigação geotécnica complementar
Após a realização das sondagens a percussão, em função de peculiaridades do subsolo e do projeto, ou ainda, caso haja dúvida quanto à natureza do material impenetrável a percussão, deverão ser realizadas investigações complementares. Neste caso, sondagens adicionais e outros ensaios de campo serão
Este ensaio visa determinar os parâmetros de resistência ao cisalhamento do solo (coesão e ângulo de atrito).
4.6.3 Ensaio triaxial
Este ensaio visa a determinação tanto de parâmetros de resistência do solo como de deformabilidade. Dependendo das condições de drenagem seja na fase de adensamento sob a tensão confinante seja na fase de aplicação da tensão desviadora, o ensaio pode ser classificado como: ensaio adensado drenado (CD), ensaio adensado não drenado (CU) e ensaio não adensado não drenado (UU). Se no segundo tipo de ensaio forem feitas medidas as poro-pressões (ensaio CŪ), é possível a obtenção de parâmetros de resistência em termos de tensões efetivas.
4.6.4 Ensaio de adensamento
Este ensaio visa determinar as características de compressibilidade dos solos sob a condição de
confinamento lateral (ABNT NBR 12007).
4.6.5 Ensaios para caracterização de expansibilidade
Há várias formas para se caracterizar o solo quanto à sua expansibilidade. O ensaio mais comum é o que emprega o equipamento utilizado no ensaio de adensamento. Outros ensaios de laboratório podem fornecer informações sobre a expansibilidade do solo, tais como: granulometria (pela porcentagem da fração argila), Índice de Plasticidade, difração de raios-X (pela caracterização do mineral argílico), adsorção de azul de metileno, análise térmico diferencial e
espectrometria infravermelha.
4.6.6 Ensaio de colapsibilidade
É indicado no caso de solos não saturados que possam apresentar colapso com o aumento de umidade. O ensaio mais simples é feito no mesmo equipamento utilizado no ensaio de adensamento, medindo-se a deformação vertical sofrida pela amostra, em uma determinada tensão, ao ser inundada.
4.6.7 Ensaio de permeabilidade
Os ensaios de permeabilidade têm por objetivo a determinação dos coeficientes de permeabilidade vertical e horizontal de uma amostra de solo.
4.6.8 Ensaios químicos
São ensaios para avaliação da contaminação do solo e da água subterrânea, visando o estudo de sua influência no comportamento das fundações.
5. Ações nas fundações
5.1. Ações provenientes da super-estrutura
Os esforços, determinados a partir das ações e suas combinações, conforme prescrito na ABNT NBR 8681, devem ser fornecidos pelo projetista da estrutura a quem cabe individualizar qual o conjunto de esforços para verificação dos estados limites últimos (ELU) e qual o conjunto para verificação dos estados limites de serviço (ELS). Esses esforços devem ser fornecidos em termos de valores de projeto, já considerando os coeficientes de majoração conforme ABNT NBR 8681. Para o caso do projeto de fundações ser desenvolvido em termos de fator de segurança global, deverão ser solicitados ao projetista estrutural, os valores dos coeficientes pelos quais as solicitações em termos de valores de projeto devem ser divididas, em cada caso, para reduzi-las às solicitações características. Os esforços deverão ser fornecidos no nível do topo das fundações (no caso de edifícios o topo das cintas, no caso de pontes o topo dos blocos ou sapatas) ou ao nível da interface entre os projetos (super- estrutura e fundações/infra-estrutura), devendo ficar bem caracterizado este nível. As ações deverão ser separadas de acordo com suas naturezas, conforme prevê a norma ABNT NBR- 8681: (i) ações permanentes (peso próprio, sobrecarga permanente, empuxos, etc.), (ii) ações variáveis (sobrecargas variáveis, impactos, vento, etc.) e (iii) ações excepcionais.
5.2 Ações decorrentes do terreno
Devem ser considerados os empuxos de terra e empuxos de sobrecargas atuantes no solo. Caso estejam previstos aterros contra a estrutura ou vizinhança da obra, o projetista das fundações deve ser informado. Esses esforços deverão ser informados ao projetista da estrutura. O empuxo de terra deve ser considerado de forma compatível com a deslocabilidade da estrutura (ativo, repouso, passivo). Este empuxo, quando assimétrico, influi na estabilidade da estrutura.Os efeitos favoráveis à estabilidade decorrentes desse empuxo somente devem ser considerados quando for possível garantir sua atuação contínua e permanente em conjunto com a atuação das demais solicitações. Outros esforços atuantes sobre elementos de fundação profunda que devem ser considerados quando for o caso, são: atrito negativo e carregamentos laterais devidos a sobrecargas assimétricas.
5.3 Ações decorrentes da água superficial e subterrânea
Devem ser considerados os empuxos de água, tanto superficial quanto subterrânea. No caso de fluxos de água deverá ser considerada a possibilidade de erosão. O efeito favorável da subpressão no alívio de cargas nas fundações não pode ser considerado.
5.4 Ações excepcionais
Em função da finalidade da obra e quando previamente conhecidas, devem ser consideradas as ações excepcionais no projeto das fundações:
- alteração do estado de tensões causados por obras nas proximidades (escavações, aterros,
túneis, etc.);
- tráfego de veículos pesados e equipamentos de construção;
- carregamentos especiais de construção;
- explosão, incêndio, colisão de veículos, enchentes, sismos, etc.
5.5 Análise de interação fundação-estrutura
Em estruturas nas quais a deformabilidade das fundações podem influenciar na distribuição de esforços, deve-se estudar a “interação solo-estrutura”.
5.6 Peso próprio das fundações
Deve ser considerado o peso próprio das fundações ou no mínimo 5% da carga vertical permanente.
5.7Alivio de cargas devido a vigas alavanca
Quando ocorre uma redução de carga devido a utilização de viga alavanca, a fundação deve ser dimensionada considerando-se apenas 50% desta redução.Quando a soma dos alívios totais puder resultar em tração na fundação do pilar aliviado, sua fundação deverá ser dimensionada para suportar a tração total e pelo menos 50% da carga de compressão deste pilar (sem o alívio).
5.8 Atrito negativo
5.8.1 Em termos de fator de segurança global.
No caso de estacas em que se prevê a ação do atrito negativo, a carga admissível (Padm),deve ser determinada pela expressão: Padm = (Pp + Pl) / FS – PAN Onde: Padm é a carga admissível PP é a parcela correspondente à resistência de ponta na ruptura Pl é a parcela correspondente à resistência por atrito lateral positivo, na ruptura PAN é a parcela correspondente ao atrito lateral negativo FS é o fator de segurança = 2.
5.8.2 Em termos de valores de projeto (fatores de segurança parciais)
Prd = (Pp + Pl) / γx – PAN x γf Onde: Prd é a carga resistente de projeto. PP é a parcela correspondente à resistência de ponta na ruptura Pl é a parcela correspondente à resistência por atrito lateral positivo, na ruptura PAN é a parcela correspondente ao atrito lateral negativo γx é o fator de minoração de resistências = 1. γf é o fator de majoração das cargas = 1. A ação do atrito negativo deve também ser levada em consideração no dimensionamento estrutural do elemento da fundação.
Quando o atrito negativo for uma solicitação de valor significativo é recomendável que sua determinação seja melhor avaliada através da realização de provas de carga em estacas de comprimento tal que o atrito positivo possa ser considerado igual ao atrito negativo nas estacas da obra, nestes casos a prova de carga pode ser feita a tração, desde que a estaca tenha armadura suficiente para suportar os esforços de tração. Podem ser utilizados recursos (como por exemplo pintura betuminosa) visando diminuir os efeitos do atrito negativo.
6. Segurança nas fundações
6.1 Generalidades
As situações de projeto a serem verificadas quanto aos estados limites último (ELU) e de serviço (ELS) devem contemplar as ações e suas combinações e outras solicitações conhecidas e previsíveis. Deverá ser considerada a sensibilidade da estrutura às deformações das fundações. Estruturas sensíveis a recalques deverão ser analisadas considerando-se a interação solo-estrutura.
6.1.1 Região representativa do terreno
O resultado das investigações geotécnicas deverá ser interpretado de forma a identificar espacialmente a composição do solo ou da rocha, suas propriedades mecânicas, profundidades das diversas camadas de solo ou características da rocha. Dependendo das características geológicas e das dimensões do terreno poderá ser necessário dividi-lo em regiões representativas do subsolo que apresentem pequena variabilidade nas suas características geotécnicas. O projetista deverá definir estas regiões para a eventual programação de investigações adicionais, elaboração do projeto e programação dos ensaios de desempenho das fundações.
6.2 Estados Limites
O projeto deve assegurar que as fundações apresentem segurança quanto aos: -estado limite último (associados a colapso parcial ou total da obra). -estado limite de serviço (quando ocorrem deformações, fissuras, etc. que comprometem o uso da obra).
6.2.1 Verificação do Estado Limite Último (ELU)
O estado limite último representa os mecanismos que conduzem ao colapso da fundação. Os seguintes mecanismos podem caracterizar o estado limite último: (i) perda de estabilidade global; (ii) ruptura por esgotamento da capacidade de carga do terreno; (iii) ruptura por deslizamento (fundações superficiais);
mínimo 1,4. Se a análise for feita em termos de fatores de segurança parciais (carga resistente de projeto), não deverá ser aplicado fator de minoração da resistência.
6.2.2.1.2 Resistência obtida por provas de carga executadas na fase de elaboração ou
adequação do projeto
Para que se obtenha a carga admissível (ou carga resistente de projeto) de estacas, a partir de provas de carga, é necessário que:
- A(s) prova(s) de carga deve(m) ser estática(s).
- Devem ser especificadas na fase de projeto e executadas no início da obra de modo que o projeto pode ser adequado para as demais estacas.
- As provas de carga deverão ser levadas até uma carga no mínimo duas vezes a carga admissível. O fator de segurança a ser utilizado para determinação da carga admissível é 1,6 e para carga resistente de projeto é de 1,14. Quando em uma mesma região representativa forem realizadas um número maior de provas de carga, a resistência característica poderá ser determinada pela expressão: R c,k = Min [(R c,m
med /ξ 3
; (R
c,m
min /ξ 4
]
Tabela 6.2.2.1.2 – Valores dos fatores ξ
3 e ξ 4 para determinação de valores característicos das resistências obtidas por provas de carga estáticas (n = número de provas de carga em estacas de mesmas características, por região representativa do terreno)
n 1 2 3 4 ≥ 5
3
4
Aplicados os fatores acima, para determinar a carga admissível deverá ser empregado um fator de segurança global de no mínimo 1,4. Se a análise for feita em termos de fatores de segurança parciais, não deverá ser aplicado fator de minoração da carga.
6.2.2 Verificação do Estado Limite de Serviço (ELS)
6.2.2.1 Generalidades
A verificação do estado limite de serviço em relação ao solo de fundação ou ao elemento estrutural de fundação deve atender a:
onde: E d é o valor de projeto do efeito das ações (por exemplo, o recalque estimado).
C d é o valor limite de projeto do efeito das ações (por exemplo, recalque aceitável).
Para as verificações dos estados limites de serviços os fatores de ponderação de cargas e parâmetros geotécnicos devem ser considerados iguais a 1,0. O valor limite de serviço para uma determinada deformação é o valor correspondente ao comportamento que cause problemas como, por exemplo, trincas inaceitáveis ou comprometimentos à funcionalidade plena da obra.
6.2.2.2 Valores limites dos deslocamentos das fundações
A definição dos valores limites de projeto para os deslocamentos e deformações deve considerar: (i) a confiabilidade com a qual os valores de deslocamentos aceitáveis podem ser estabelecidos; (ii) velocidade dos recalques e movimentos do terreno de fundação; (iii) o tipo de estrutura e o material de construção; (iv) o tipo de fundação; (v) a natureza do solo; (vi) a finalidade da obra; (vii) a influência nas estruturas, utilidades e edificações vizinhas.
6.2.2.2.1 Limites de serviço a serem considerados
Devem ser considerados: (i) Recalques excessivos (ii) Levantamentos excessivos decorrentes, por exemplo, de expansão do solo, ou outras causas (iii) Vibrações inaceitáveis
6.3 Efeito do vento
6.3.1. Cálculos em termos de valores característicos.
Quando a verificação das solicitações for feita considerando-se as ações nas quais o vento é a ação variável principal,os valores de tensão admissível de sapatas e tubulões e cargas admissíveis em estacas poderão ser majoradas em até 30%. Neste caso deverá ser feita a verificação estrutural do elemento de fundação.
6.3.2. Cálculos em termos de valores de projeto
Quando a verificação das solicitações for feita considerando-se as ações nas quais o vento é a ação variável principal,os valores de tensão resistente de projeto de sapatas e tubulões e cargas resistentes de
projeto em estacas poderão ser majoradas em até 10%. Neste caso deverá ser feita a verificação estrutural do elemento de fundação.
7 Fundação superficial (rasa ou direta)
7.1 Generalidades
A grandeza fundamental para o projeto de fundações diretas é a determinação da tensão admissível, se o projeto for feito considerando coeficiente de segurança global ou a determinação da tensão resistente de projeto quando se consideram fatores parciais. Estas tensões devem obedecer simultaneamente aos estados limites último (ELU) e de serviço (ELS), para cada elemento de fundação isolado e para o conjunto.
7.2 Tensão admissível ou tensão resistente de projeto
Devem ser considerados os seguintes fatores na sua determinação: a) características geomecânicas do subsolo; b) profundidade da fundação; c) dimensões e forma dos elementos de fundação; d) influência do lençol d’água; e) eventual alteração das características do solo (expansivos, colapsíveis,etc.) devido a agentes externos (encharcamento, alívio de tensões, etc.); f) características ou peculiaridades da obra; g) sobrecargas externas.
7.3 Determinação da tensão admissível ou tensão resistente de projeto a partir do estado
limite último
A tensão admissível ou tensão resistente de projeto deve ser fixada a partir da utilização e interpretação de um ou mais dos seguintes procedimentos:
7.3.1 Prova de carga sobre placa
Ensaio realizado de acordo com a ABNT NBR 6489, cujos resultados devem ser interpretados de modo a considerar a relação modelo-protótipo (efeito de escala), bem como as camadas influenciadas de solo.
7.3.2 Métodos teóricos
Podem ser empregados métodos analíticos (teorias de capacidade de carga), nos domínios de validade de sua aplicação, que contemplem todas as particularidades do projeto, inclusive a natureza do carregamento (drenado ou não drenado).
7.3.3 Métodos semi-empíricos
São métodos que relacionam resultados de ensaios (tais como o SPT, CPT, etc.) com tensões admissíveis ou tensões resistentes de projeto. Devem ser observados os domínios de validade de suas aplicações, bem como as dispersões dos dados e as limitações regionais associadas a cada um dos métodos.
7.4 Determinação da tensão admissível ou da tensão resistente de projeto a partir do
estado limite de serviço
As tensões determinadas no item 7.3 devem também atender ao estado limite de serviço. A tensão admissível ou tensão resistente de projeto, neste caso, é o valor máximo da tensão aplicada ao terreno que atenda as limitações de recalque ou deformação da estrutura.
7.5 Casos particulares
7.5.1 Fundação sobre rocha
Para a fixação da tensão admissível ou tensão resistente de projeto de qualquer elemento de fundação sobre rocha, deve-se considerar as suas descontinuidades: falhas, fraturas, xistosidades, etc. No caso de superfície inclinada pode-se escalonar a superfície ou utilizar chumbadores para evitar o deslizamento do elemento de fundação. Para rochas alteradas ou em decomposição, devem ser consideradas a natureza da rocha matriz e o grau de decomposição ou alteração. Quando necessário, as descontinuidades devem ser tratadas. No caso de calcário ou qualquer outra rocha cárstica, devem ser feitos estudos especiais pelo projetista de fundações.
7.5.2 Solos expansivos
Nesses solos ocorre o levantamento e a diminuição de resistência devido a sua expansão. Essas características devem ser consideradas no projeto e no método construtivo.
7.5.3 Solos colapsíveis
Deve ser considerada a possibilidade de ocorrer o encharcamento (devido a por exemplo, vazamentos de tubulações de água, elevação do lençol freático, etc.). Em princípio devem ser evitadas fundações superficiais apoiadas diretamente nestes solos.
7.6 Dimensionamento geométrico
7.6.1 Cargas centradas
A área da fundação solicitada por cargas centradas, deve ser tal que as tensões transmitidas ao terreno, admitidas uniformemente distribuídas, sejam menores ou iguais à tensão admissível ou tensão resistente de projeto do solo de apoio.
7.6.2 Cargas excêntricas
Os blocos de fundação devem ser dimensionados de tal maneira que o ângulo ß, expresso em radianos e mostrado na Figura 7.8.2 satisfaça a expressão:
tan
ct
adm
onde: σadm é igual à tensão admissível do terreno, expressa em MPa
σct é a tensão de tração no concreto, dentro do limite (σct = 0,4 ftk ≤ 0,8 MPa)
ftk é a resistência característica à tração do concreto, cujo valor pode ser obtido a partir da resistência característica à compressão (fck) pelas expressões:
ftk =fck/10 para fck≤20MPa
ftk = 0,06 fck + 0,7 MPa para fck > 20 MPa
Figura 7.8.2 – Ângulo ββββ nos blocos
8 Fundações profundas
8.1 Generalidades
A grandeza fundamental para o projeto de fundações profundas por estacas é a carga admissível (se o projeto for feito em termos de valores característicos) ou carga resistente de projeto (quando for feito em termos de valores de projeto). Para tubulões a grandeza fundamental é a tensão admissível ou tensão resistente de projeto. Essas cargas ou tensões devem obedecer simultaneamente ao estado limite último (ELU) e de serviço (ELS), para cada elemento isolado de fundação e para o conjunto.
8.2 Carga admissível ou carga resistente de projeto
Para a determinação dessa carga,devem ser considerados os seguintes fatores:
- Características geomecânicas do subsolo.
- Posição do nível d'água.
- Eventual alteração das características dos solos(expansivos, colapsíveis, etc.) devido a agentes externos (encharcamento, contaminação, agressividade, etc.).
- Alívio de tensões.
- Eventual ocorrência de solicitações adicionais como atrito negativo e esforços horizontais devidos a carregamentos assimétricos.
- Geometria do elemento de fundação.
- Recalques admissíveis.
8.2.1 Determinação da carga admissível ou carga resistente de projeto de estacas
A carga admissível ou resistente de projeto deve ser determinada a partir da carga de ruptura. A carga de ruptura deve ser determinada a partir da utilização e interpretação de um ou mais dos seguintes procedimentos:
8.2.1.1 Provas de carga
A carga de ruptura pode ser determinada por provas de carga executadas de acordo com a ABNT NBR 12.131. A determinação da carga admissível ou carga resistente de projeto deve ser feita de acordo com o item 6.2.2.2, devendo-se contudo observar que durante a prova de carga o atrito lateral será sempre positivo ainda que venha a ser negativo ao longo da vida útil da estaca. A capacidade de carga de estaca ou tubulão de prova deve ser considerada definida quando ocorrer ruptura nítida caracterizada por deformações continuadas sem novos acréscimos de carga. O comportamento de uma estaca ou tubulão quando submetido à prova de carga pode não apresentar ruptura nítida. Isto ocorre em duas circunstâncias:
a) quando a capacidade de carga da estaca ou tubulão é superior à carga que se pretende aplicar (por exemplo, por limitação de reação); b) quando a estaca ou tubulão é carregado até apresentar recalques elevados, mas que não configurem uma ruptura nítida como descrito. Nessas duas circunstâncias pode-se extrapolar a curva carga-recalque para avaliar a carga de ruptura, o que deve ser feita por critérios baseados na Engenharia Geotécnica sobre uma curva carga-recalque do primeiro carregamento. Neste caso a carga de ruptura pode ser convencionada como aquela que corresponde, na curva carga x deslocamento – mostrada na Figura 8.2.1.1 - ao recalque obtido pela expressão:
D
AxE
PxL
∆ r = +
Onde:
∆r é o recalque de ruptura convencional;
P é a carga de ruptura convencional; L é o comprimento da estaca; A é a área da seção transversal da estaca (estrutural); E é o módulo de elasticidade do material da estaca; D é o diâmetro do círculo circunscrito à estaca ou, no caso de barretes, o diâmetro do círculo de área equivalente ao da seção transversal desta.
Figura 8.2.1.1 – Carga de ruptura convencional
Na interpretação da prova de carga, devem ser consideradas a natureza do terreno, a velocidade de carregamento, a estabilização dos recalques, etc. conforme previsto na norma ABNT NBR-12.131. Em estruturas sujeitas a esforços cíclicos,as provas de carga devem ser programadas de modo a verificar a influência deste tipo de carregamento.
8.2.1.2 Métodos estáticos
Podem ser teóricos quando o cálculo é feito de acordo com teoria desenvolvida dentro da Mecânica dos Solos, ou semi-empíricos,quando são usadas correlações com ensaios in situ. Na análise das parcelas de resistência de ponta e atrito lateral, é necessário levar em conta a técnica executiva e as peculiaridades de cada tipo de estaca. Quando o atrito lateral for considerado em tubulões, deve ser desprezado um comprimento igual ao diâmetro da base imediatamente acima do início dela. No caso específico de estacas escavadas, a carga admissível deve ser de no máximo 1,25 vezes a resistência do atrito lateral calculada na ruptura. Quando superior a esse valor, o processo executivo de limpeza da ponta deve ser especificado pelo projetista e ratificado pelo executor.
PAdm ≤ 1,25 x PAt-Lat
Onde: PAdm = Carga admissível da estaca. PAt-Lat = Carga devida exclusivamente ao atrito lateral na ruptura.
8.3 Efeito de grupo
Entende-se por efeito de grupo de estacas ou tubulões como o processo de interação dos diversos elementos que constituem uma fundação ao transmitirem ao solo as cargas que lhes são aplicadas. Esta interação acarreta uma superposição de tensões, de tal sorte que o recalque do grupo é, em geral, diferente daquele do elemento isolado. A carga admissível ou carga resistente de projeto de um grupo de estacas ou tubulões não pode ser superior à de uma hipotética sapata de mesmo contorno que o do grupo e assente a uma profundidade acima da ponta das estacas ou tubulões igual a 1/3 do comprimento de penetração na camada de suporte, como mostrado na Figura 8.3. Essas considerações não são válidas para blocos apoiados em fundaçoes profundas com elementos inclinados. Atendidas essas condições,o espaçamento mínimo entre estacas ou tubulões deve levar em consideração a forma de transferência de carga ao solo e o efeito do processo executivo nas estacas adjacentes. Em particular deve ser feita uma verificação de recalques,que são mais importantes quando houver uma camada compressível abaixo da camada onde se apoia a ponta das estacas ou bases dos tubulões.
Figura 8.3 – Grupo de elementos de fundação profunda
8.4 Outras solicitações
8.4.1 Tração
Quando estacas ou tubulões estão submetidos a esforços de tração, deve ser levado em consideração que o atrito lateral à tração,em geral,não é o mesmo que o atrito lateral a compressão.
8.4.2 Esforços transversais
Quando estacas ou tubulões estão submetidos a esforços horizontais ou momentos, pode ocorrer a plastificação do solo ou do elemento estrutural, o que deve ser considerado no projeto, com as respectivas defomrações.
8.4.3 Atrito Negativo
Deverá ser considerado em projeto quando houver a possibilidade de sua ocorrência.
8.4.4 Efeito de carregamento assimétrico sobre solo mole
Estacas ou tubulões (isolados ou em grupo) implantados através de camada de argila mole,submetidos a carregamento de aterro assimétrico,ficam sujeitos a esforços horizontais que devem ser considerados no dimensionamento das fundações.
8.5 Orientações gerais
8.5.1 Deslocamento de estacas
Quando as estacas fizerem parte de grupos, deve-se considerar os efeitos desta execução sobre o solo, a saber:seu levantamento e deslocamento lateral e suas conseqüências sobre as estacas já executadas. Tais efeitos devem ser reduzidos, na medida do possível, pela escolha da estaca, seu espaçamento, técnica e seqüência executiva. Constatada a ocorrência de levantamento de estacas cravadas, oscilação do nível do concreto, ou outros efeitos, deve-se adotar providências para evitar que tais ocorrências prossigam como por exemplo: reprogramar a seqüência executiva, executar pré-perfurações, reforçar a estrutura da estaca. É possível,
f = embutimento na camada de suporte
ainda, recravar por prensagem ou percussão as estacas estruturalmente integras que tenham sofrido levantamento. Em qualquer situação em que for constatada a ocorrência de levantamento e/ou o deslocamento lateral da estaca,torna-se obrigatório o monitoramento topográfico vertical e horizontal das estacas já cravadas e do terreno adjacente.
8.5.2 Densificação do solo
Alguns tipos de solos, particularmente os aterros e as areias fofas, sofrem densificação (compactação) pela cravação de estacas. Deve-se evitar a formação de um bloco de solo compacto que possa impedir a cravação das demais estacas. Em qualquer caso, a seqüência de execução deve ser do centro do grupo para a periferia ou de uma lateral a outra.
8.5.3 Pré-furo
Camadas resistentes poderão ser pré perfuradas ou a cravação pode ser auxiliada com jato d'água ou ar (processo denominado "lançagem") tendo-se o cuidado de não desconfinar as estacas já executadas. A eventual influência destes procedimentos deverá ser considerada em projeto.
8.5.4 Preparo da cabeça de estacas
Para cada tipo de estaca devem ser atendidos os seguintes critérios: a) Deve-se garantir a integridade da cabeça da estaca, conforme especificado nos Anexos para cada tipo de estaca. b) a recomposição das estacas até a cota de arrasamento deve garantir a continuidade estrutural. c)A seção resultante do preparo da cabeça da estaca deve ser plana e perpendicular ao seu eixo. d)A ligação estaca-bloco de coroamento deve ser especificada em projeto de modo a garantir a transferência dos esforços,e e)É obrigatório o uso de lastro de concreto magro com espessura não inferior a 5 cm para execução do bloco de coroamento. A estaca deve ficar pelo menos 5 cm acima do lastro.
8.5.5 Limites aceitáveis de excentricidade de execução
Face as características executivas dos diversos tipos de fundações, excentricidades são inevitáveis. Quando forem projetadas estacas isoladas elas deverão ser estruturalmente dimensionadas para suportar todas as excentricidades das cargas aplicadas e também excentricidades executivas previamente estimadas cujo valor depende de cada tipo de estaca ou equipamento. Deverão ser verificados os deslocamentos e tensões horizontais no solo. Em função da disposição e quantidade de estacas ou tubulões de um bloco, ficam estabelecidos os seguintes critérios limites:
8.5.5.1 Elementos isolados
Não é permitido o emprego para estacas de diâmetros ou bitolas inferiores a 0,30 m, sem travamento. Para estacas metálicas ,o diâmetro a ser considerado é aquele do círculo circunscrito. Para estacas de qualquer dimensão, é aceitável, sem qualquer correção adicional, um desvio entre o eixo da estaca e o ponto de aplicação da resultante das solicitações do pilar de 10% da menor dimensão da estaca.Para desvios superiores deve ser feita a verificação das implicações das excentricidades na estabilidade da estrutura.
8.5.5.2 Conjunto de estacas
São toleradas, sem qualquer correção, excentricidades de até 10% do diâmetro da estaca. Quando a excentricidade for superior a esse valor, as cargas devem ser verificadas, aceitando-se, sem correção, um acréscimo de até 15% sobre a carga admissível ou carga resistente de projeto da estaca.
8.5.6 Desaprumo de estacas
Não há necessidade de verificação de estabilidade e resistência, nem de medidas corretivas para desvios de execução, em relação ao projeto, menores do que 1 /100.
8.6 Dimensionamento estrutural
8.6.1 Efeitos de segunda ordem
As estacas executadas em solos sujeitos a erosão, imersas em solos muito moles ou que tiverem sua cota de arrasamento acima do nível do terreno devem ser verificadas a momento de segunda ordem (flambagem).
8.6.2 Cobrimento da armadura, meio agressivo e espessura de sacrifício
Espessuras de cobrimento para estacas de concreto devem obedecer a ABNT NBR 6118 em função da classe de agressividade do meio. Nas estacas sujeitas a tração e/ou flexão deve ser feita a verificação de fissuração de forma a atender a ABNT NBR 6118. Como forma alternativa e simplificada de atender a este requisito referente à proteção da armadura, pode-se proceder ao dimensionamento considerando uma redução de 2 mm no diâmetro das barras longitudinais,como espessura de sacrifício.
8.6.3 Estacas de concreto moldadas in loco
As estacas ou tubulões, quando solicitados a cargas de compressão e tensões limitadas aos valores da tabela 8.6.1, podem ser executados em concreto não armado, exceto quanto à armadura de ligação com o bloco. Estacas ou tubulões com solicitações que resultem em tensões superiores às indicadas em 8.6.1, elas devem ser dotadas de armadura que deve ser dimensionada de acordo com a ABNT NBR
