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Critérios Crité rios de Projeo Projeo - Inves Invesiga igação ção de Subsolo Subsolo - Fud Fudações ações Sperfic Sperficias ias Dceu de Aleca Veloso �
D. S Professor Professor Titular, scol scola d� Engearia e COPPE, Uiversidàde Uivers idàde Federa do Ro de Jaeo
acsco·· de Resede..L9 acsco Resede L9es h D Proesso Adjnto scoa · · e ngeara e CQPP Uiversidade edeal do Rio de aero
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APRESENTAÇÃO O eior, seja ee estudante de Engenhaa Civl ou profssional fomado, encontará nese ivo de modo ordenado, preciso e concso o estudo de Fundações. Foi a COPPEUFRJ a "ncubadoa da pmera edção Agora é a Ocina de Textos, de São Pauo, que abre as potas para um pbico mas ampo, com esta nova edção. Tatase do tpo de lvo de que q ue mais carece carece a teratua terat ua técnco-centíca brasileira. Esco por quem ensna, pesuisa e exece a prossão com seriedade e competência Conhecimenos eóricos apoundados e conhecmento apicados plenamene conáveis São estas aseramentas que nspam a asseguam o execíco da te da Engenha Engenh a de forma pena e criativa Dirceu de Alencar Velloso nascdo em 931 e Francsco de Rezende opes, nascido e 1948 dois coegas tão próximos de mm po mas de tnta anos aiam à extema compe ênca possona, os does do es pessoais de cultua geneosidade, geneosidad e, no humor, modéstia e espriu adae autêntca prmero ro curso de undações da Área d Mecânica Mecâni ca dos dos Soos, do Programa de Enge No prme nhra Civl da COPPE-UFRJ, em 967, esava a postos o Drceu. Drceu. a Escola de Engenhaia da UFR onde e omou em 9 e eeceu magstéio lo a segur, conqusou o título de livre docene docen e em 1962. esmo aposentado não qus aredar pé do ensno com total despendmeno. Prefee se reconh�cdo prossionalmente como engenheio de undações. Poém s ua cutu cutua a técnico-cienca espraa-se pela Matemátca Teoras da Elastcidade e da Plasicidade, o Cálcu lo Estruura Bibólo apaxonado, reuniu um acervo de trina ml volumes, ao ongo de meo sécuo sécu o Sua atvidade possonal tem uma reerênca nequívoca: foi o Dirceu, de 1955 a 1979, engenheiro da ma de Esacas Frank Ltda, e po muitos anos seu dieto técnico De 1979 a · 1993 tabahou na Pomon Engenhara Atuou como membro do conelho de consultors, desde sua fundação em 1979, da Revsta Solos e Rochas� tendo sdo seu editor. O Francsco Lopes é um consagado engenheo geoécnico touxe dagraduação UE UER R,, 971 971 sóldos conhecmeos d Cálcuo Estrutural. Fez o mestado na COPPE UFRJ em 1974, sendo o tema de sua ese o controle da água suberânea em escavações numaa anáse peo Método dos Elemenos Finios. Fez o doutorado na Unvesidade de Londres num em 979, com ese sobre o comportamento de fundações em esacas Uma de suas patcpa ções possionas recentes de gande destaue desta ue foi o poeo do tanque oceânco paa o esdo de mdeos de estuuas matimas matimas na Iha do Fundão, naugurado naugur ado e 2003. Lembro aui o papel essencal ue desempenhou o Fancsco nos prmeiros passos da Revista Solos e Rocas na COPPE, tendoa gerencado com obstinação de 1979 a 1987 Reo- me à aual Revista Latino-aericana de Geotecna. Snto-me honado po esa oportunidade de maniesar de públco mnha admiração e poundo espeito pelos colegas Dirceu e Francsco. Temno com as palavras incias dos anigos copisas de lvros em pergaminh pergaminho o Letu rs salte, ou Cumprimenos aos ue leem .
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Jacques de Medna Setembo 2004 VI
PREFÁCIO se ivro sobre Fundações - mais um! teve um ongo período de gesação Há muios aos ecionamos ese ema nos cursos de graduação Escoa de Engeara) e de pós-gradua ção (COPPE) da UFRJ e pracamos esta ascnane especaidade da ngenaria Cvi Pro curamos coocar nesse vro aquo qe aprendemos nessa dupa auação magiséro e prátca proissional. Fudações é uma discpna que só pode ser lecioada por quem tem prátca � ndústria projeando, execuando e scazando De outra orma averá sério rsco de se ens nar algo toamente ierente do que o egeneiro ao se nciar na profissão verá aconecer É clao que a maoria dos ensamentos que ransmmos são colios na bblografa que é em grade parte esangeira Mas cabe a profssional brasileiro adapá os às cndções de solo de quipamentos e de práticas executivas encontradas e1 nosso pas Ao longo do texo, sem pre que julgamos cabvel ndicamos ossas opniões e sugestões pessoais. Além diso, os mé todsde cáculo que apresentamos são aqueles que uilizamos no osso da-a-dia e poranto devidamente vericados O lvro desinase aos esudantes de graduação e pós-graduação e, também sem que rermos ser reesiosos aos rossinis qe precsre recod os eseos que rece beram na acudade A ênase é em aspectos geoécnicos, "mbora ndiquemos os esorços que precisam ser consderados o dimensonameo estruura dos eementos de udção A maéria oi dvidda em dois voumes Nese prmero volume depos dos capíuos cas que traam dos aspecos gerais do proeo de undações são esudadas em detales as undações supercias As ndações proundas serão traadas no segundo voume, já em pre paração Gosaríaos de lembrar que Fudações é um casaeno nem sempre armonioso, de écnca e arte. Portano, o proissona que se decide por essa especadade, que é, como já o do ascane em que ser prudene Somee a experincia he permitrá ser mais ou menos audacoso Terminando esse preáco, gostaramos de agradecer aos colegas da COPPE, pelo estmulo cono para que esa empreitada se cocretiasse Fernado A.B. Danzger, Ia S.M. Martns Luiz Fernando T. Garca e Sergo F. Vilaça, em especa, conribuíram com sugestões e revisões de algus capítuos Os proessores Luz Francisc Muz da Silva Uv Veg de Almeida), Bernadee R Danzger (Univ. Federa Fluminense) e Mauro Jorge Costa Santos (Unv. Sana Úrsula) ambém zeram sugesões importantes. Durante a preparação dese lvro, os auores receberam apoio inancero do CNPq - Conselo Naciona de Desenvo vimeno Cienfico e ecnogico
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Dirceu de Alencar Veloso Francisco de Reede Lopes Agosto2004
IX
ÍNDICE
!CAP 1: NTRODUÇÃO 1.1 A engenhaa de fundações 1.2 Conceitos n� abordagem de um problema de fun daçes
1 2
1CAP. 2: OBRE O ROJEO DE FUDAÇÕES 2.1 Tipos de fundações e ermnologia 2.2 Elmentos ·necessáros ao projeto 2.3 Requisitos de um projeto e fundações 24 Verifcação da segurnça ao colapso e coeficentes de segurança 2.5 esocamentos em esruuras e danos associados
11 3 5 6 23
CAP. 3: VETIGAÇÃO DO SUOO 3.1 O progama de invesgação 32 Processos de investgação do subsolo 33 Prncipais informações obdas de ensaos
33 34 44
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in-situ
l CA. 4: CAPAIDADE DE ARGA DE UNDAÇÕES SUERFIIAIS
4.1 42 43 4.4
Introdução Mecanismos de rupura Capacdade de carga para carregamenos verticais e centrados Capacdade de carga para carregamentos inclinados e · excêntricos - Fórmuas gerais 4.5 Condções não-homogêneas do solo 4.6 Camada de espessura mitada 4.7 Influência do ençol freátco �
5 54 57 71 76 8o 81
0 CA 5: CÁLULO DE REAQUES 5. Introdução 5.2 Métodos de previsão de recaques 53 Obtenção de parâmetros em aboratório 5.4 Métodos racionais 55 Métodos semi-empricos 56 Métodos empíricos / Tabe a s de tensões admssíveis 5.7 Ensaios de placa
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85 88 89
93 02 11 2
XI
AP 6: ANÁLSE :A INTERAÇÃO SOO-FUNDAÇÃO 6.1 ntrodução 62 Prssões de cntato 6.3 O probema d� interação soofundaçãoestrutura 64 Modelos de soo para análse da nteração soo-undação 65 O coefcente de reação vertcal
121 122 24
26 127
AP 7: OCOS SAPATAS 7.1 Blocos de fundação 7.2 Sapatas·
131 32
7 3 Sapatas centrdas e excêntricas 74 Aspectos práticos do projeto e execução de fundações superficais
137
140
AP. 8: GAS E GREHAS 8. 82 8.3 8.4 85
Introdução Vigas - Métodos estáticos Vigas - Métoos baseados na Hpótese de Winker Vigas Métoos baseados no meio elástico contínuo Grehas
143
1
144 145 156 161
_AP. 9: RADIES 9 ntrodução 92 Métodos de cálcuo 9.3 Exempo de fndação em ;.
63
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. XI
64
radier
178
PÊNDCE 1: ABELAS E ÁBACOS PARA CÁLCUO DE ACRÉSCIOS DE ENSÃO E RECAQUES PEA EORA DA ELASICDADE
181
PÊNDICE 2: ÁCULO DO ACRÉSCO DE ENSÕES SOB FUNDAÇÕESPELO MÉODO DE AAS
88
PÊNDICE 3: XERCCIO RESOLVIDO DE CÁCULO DE TENSÕES · PEO MÉTODO DE ALAS
91
PÊNDICE 4: XERCÍCIO RESOLVIDO DE VIGA DE FUNDAÇÃO
95
PÊNDICE 5: ÁCUO DE PLACAS CIRCUARES ELO MÉTODO DE RASSHOFF
23
PÊNDCE 6: XERCÍCO RESOVIDO DE ADIE
219
Capítulo 1
INTRODUÇÃO Recause natre'is innitely ariable, the geological aspects of our proession assure us that there will never be two jbs exactly alike Hence we need neer ear that our profession will becoe rutine or dLll. If it shuld we can rest assured that we wuld not be practicing it properly.
(R. B Pck)
1.1 A ENGENHARIA DE FUND�ÇÕES O projto e eecução d undaçõs� a Engenariad Fundações rqur conhecmn tos d Geotecnia Cáculo strutura (análs strutural dimnsonamento d stuturas m onto rmado prtnddo m aço m madira); a ' otna, po oto ado, abng a Geologia d Engnhara, a Mecânca os Soos a Mecânca das Rocas. Tom-s o caso simpes de um dicio m trreno sm viznos. Em gra a estrutura é caculada po um nge nhiro sutural qe supõ os apoos indslocáveis, daí rsutando um counto d cagas (orças vertics, forças horizontais momntos) ue é passado ao protista de undações Com o auío de uma série de lmntos e infomações, q srão detalados adante ele proeta as fundaçõs da obra Acontc que essas fundações qasqur que sjam, quando carregadas, soictarão o trreno qu s deforma, e dessas dformações resultam dslocaentos vrticais (recalqus), horizontais rotçõs. Com sso a ptese usual d apoios ndesocávis fa preudcada nas struturas iperestátcas que são a grande maioria as cargas nicamnt calcuadas são modii cadas. Chega-se, assm ao conhcido problema da interaçã solo-estrutura O ngnheiro d fundações dev participar da análise dss prolma untament com o engenhiro srtura. Conhecimntos d Gologa de Engenharia são necessáios m obras em regõs ds conhecidas, m obras xtensas como renarias, grands pontes tc m qu o engenheiro de fundaçõs pode idnticar e vantar problemas qu dverão sr resolidos plo geólogo de engenharia O msmo acontc com a Mecânica das Rochas uma dscplina da Gotecna cujo conhcmento é ncessário quando as fundações transmitm sorços importants para a roca ou quando ssa possui baxa qualdade. Já m reação à Mecânca dos Solos o ngenheiro de undações deve possuir sólidos conecmntos dos sguintes tópcos (i) origm formação dos solos (i) caracteiação classiicação dos soos (parâmetros sicos granulomtria limtes deAtterbrg tc) (ii) inves tigaçõs geotécncas (iv prcolação nos solos e controe da água subteânea (v) rsstência· ao csalamento capacdad d carga e empuos (vi) compressiblidad adensamento (vii) distribuição de pressõs e cálcuo d defrmações rcaques Quto ao Cálcuo Esrutura o egeiro d undaçõs deve cnecêo sob dos aspec tos: (1 º) para que possa dmensonr s_ ruturalmnte os elmntos da fundação e as obras que em 1
Veloso e Lopes
gerl, ão necer à execução d fundçõe poprimente di (por exemplo, um ecormeto) e (2 ) pr que po como á foi dio, vlir o compotmento d etutu dinte do nevtáve delocmento d undçõe (Sei idel que o engeheio nte de e epeciiz em udçõe clcule e dimenionae lgum upereutur ípic: um edifcio, um ponte um glpão etc) Não e e o e dizer que, dento d Egenhr Cvil epecilizção em Fundçõe é que eque mior viência e experiência. Etende po ivênia o fto de o poiol proe ou executr inúme undçõe, de divero tipo e em condiçõe diver pdo de um co pr outo bedo, pen u pópi obevção do compomeo do co pdo, em ddo qunittivo A expeiência eri vivênc completd com ddo quni ttvo referente o deempeho d obr. A norm bileir de fundçõe (NBR 6122/96) eco mend e inie n importânci do comphmento d ob Em noo Pí, nfelzmene, id ão há e menlidde Qudo e coegue fzer lgum coi impemene medeme eclque, ignorndoe cg ei que um n eruur, ou e crg que etão provocdo quele eclque P e relizr um prov de cg obre um elemeno de fud ção, po exemplo um ec ão levntd oeçõe de od odem dede mi etúpid Para q uê? ou Há algum perigo- té que que cupm um pov de cg por t obr. Outro pecto que deve e inldo diz repeio o conhecimento do olo, que c etio que empe, o que fonecem ondge à pecuão de imple econhecimeto. Podee poi, dizer'om egurnç que, em noo Pí, técnic d fundçõe ão tem recebido o trtmento cientíco dequdo fmço pode e compovd e e coide r quão pequeo é o úmeo de conceito geri etbelecido em be científic uilizdo n técnic d fdçõe O poeo de fudçõe ou mi pecmene eu dimenionmento, etá clcdo n utilizção de correlçõe que ão etbelecid p determind regiõe e ão exrpold pr outr condiçõe à veze de mnei inecrupulo Tem-e que ecohece que e correlçõe ão, pelo meno no peente, "um ml neceário O que e impõe é que eu utore em btnte expcito e pecio n crcterizção d condiçõe em que form ebelecid e que po outro ldo, quele que vão uizál o çm com ciéio compdo quel condções com que tm dine de i Por outro ldo é inquetionáve o deevovimento de novo equipmento e tecnoog de execução Finlizndo et introdução chme tenção epecil do eitoe p doi pono ( 1 º) um vez que o poblem de Geotecni preentm um mio gu de icertez que o de álculo truturl nem empe é fácil concilir epectiv peciõe (exemplicndo qüentemente, o engenheiro etutul impõe o engenheio de fundçõe um requiito de realq ue zeo, o que é impoível, poi to fundção, ind que obre och, recc) e (2 ) devem-e evitr gene lizçõe· poi em dçõe n grnde miori do co cd ob peent u peculiri dde que devem e oiderd dequdmente (mencion-e como exempo, o que conteceu em du ob o Rio de Jeio, em teeno vizinho mb em etc metálic, em que prmei encontroue um número oável de mtcõe que obrigm uceiv mudnç de po�ição d etc enquto n egund nenhum mtcão foi encontrdo). º
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1.2 CONCEITOS NA ABORDAGEM DE UM PROBLEMA DE FUNDAÇÕES Pelo que á e die n inodução, verice que n ngenhr de undçõe ou de fom mi mpl, Geotecni o poionl vi lidr com um me ntul obre o qul pouco pode tu ito é, tem que ceitá-lo tl como ele e peent com u popredde e compomeno epecíco Decoe da que, dede o incio concepção e pojeo de um obr, deve-e levr e cot a condiçõe do olo do l. Pode-e egurr que economi d ob muito gnhri cqm io. 2
1 Introdução
Há, assm, poblemas ue são neenes a Engenhaia Geoécnica e ue evaam auto s e pesuisadoes a desenvove coneitos geas ue meecem uma maio divulgação ene possionais da especaidade Dee ees desacamse os conceitos de preisões, risco culado e Méodo Obseracional. 1.2.1 Previsões (Lambe, � 973)
É fácl compeende a mpotâca das previsões na páca da Engenhaia Cvi. Qual e omada de decsão é baseada numa pevsão Assm o engenheio deve: (1 º) idenifica evsões que são ctcas paa a seguança, uncionadade e economia do pojeo; (2 ) esima onablidade de cada uma de suas pevsões (3 ) ulza as pevisões no poeo e constu o (4 ) detemina as conseüêncis das pevisões (5 ) seecona e execua ações baseadas m compaações de stuações eais com suas pevsões Na Fg é apesentadoo esquema pocesso de pevsão em Engenhai Geoécnca °
º
º
º
Fig. 1. - Pr9cesso da pvião
A tuo de exempo o pocesso seá aplcado a um poblema de fundações (a) Determinar a situação de campo É a eapa em ue o engenheo colhe os dados de campo topogafia, pospecção do subsolo ensaios de campo e de aboa tóo condições de viznho ec (b) Simpcar Em gea, a heogenedade e vração dos dados cohidos são de l odem que se é obrigado a emnar ddos omr médas consde as condções mis desavoá veis, a m de eabor um odelo. Nesa eapa, podem-se ulza, com bastate poveio conhecmenos de Teoria das obabidades e Estasca (ve p ex, Smth, 986). (c) Determiar mecanismos Nesta eapa, o engenheio deve detemna ue mecaniso ou mecanisos esaão envovidos no caso Numa constução em encos a po exempo ee pode oncu que o mecanismo de um deslzameno é mais impotane que o mecanismo de uptua de uma sapata isoad _a emboa os dois mecanismos devam se anaisados (d) Seecionar método e parâmetros Fixado o mecanismo, cabe estabelece o método de análse desse mecanismo e os paâmetos do soo ue seão utilizados (e) Manipular método e parâmetros para chegar à previsão Aualmene, esa eapa é muo acitada com a ulzação de computadoes e pogamas ( comecais ou pepaados paa caso� especícos) Paa cada método escolhido, devese aze uma análise paramétrica No fina teseá uma quantidade apecável de esul tados cuja análse e intepeação conduzião à eapa final do pocesso
Veoso e lpes
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A representação ou o "etrato da pevisão dá ao engeneo uma pespeciva e um entendimeno do processoem estudo Po eem po curvas carga-ecaque-empo constituem a mehor represenação de compo ameno de uma obra cujo pocessameno de ecaques está sendo estudado. De acodo com Lambe 1973) as pevsões podem se cassiicadas de acordo com a Tab. 1 Eempliicando quanto a ecalques uma previsão do ipo seia feita anes do níco da obra e com base em dados dsponveis na ocasião (esutados de sondagens, de ensaios ec. Uma pev são do po B sera eita duante a constução e consdearia dados obtdos duante o incio da ouço a dçõs d aques eas na fase de escavação, após a execução das undaçes e aplicação dos pimeios caegamentos. O resultado do acontecimento em prevsão pode ser desconhecdo pevisão do tpo B ou conhecido (pesão do tpo B As previsões do tpo B estão elacionadas com o Méodo Observacional a se descito adane. Uma prevsão do ipo C é feita após a ocoênca do evento; na eaidade ela constitui uma autópsia. Representa a previsão
Tab. . 1 - Classiicação das prevsões (Lambe, 1 973) ipo de peisão
Qando a previsão é feta
Resultados no momento em q e a pevisã o é feita
A B
Ates do acontecimento Du rate o acontecimeto Du rate o aconecimento epois do acotecmeto epois do acotecimento
Não conhecidos Coecidos Não conecidos Coecidos
81
e
C1
Inter-relação de métodos e dados
A idéia conda na Fig 1.2a podera se acea po um engenheiro ieperiene. De acordo ssa ura a acuráca da pevsão depende da qualidade do método e dos dados utilizados, de a forma que a deciênca de u deles pode ser compensaa pela sostcação do ouo. A Fig. 1.2b epresenta o pono de vsta de Lambe: ao fe uma pevsão o engeneio deve compatibilizar a sosicação do méodo escohido com a qualdade dos dados. Conome ndca esta gura o aumen to na sosicação do método utlzado com dados de má qualidade pode resuta numa pevsão pio que aquea que seia obtda com um método mas smples. Essa obsevação é sobetudo importate I
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(b)
Fig. 12 - Acuáca da previsão (Lamb, 1 9 73) 1 Trduziu-se acuay como acráca (e ão como é feqüete peisão), eguindo a termiolog dotd em Isrmtço: peisã descreve epetibilidde d mediço eo acrá decree o quno o vor medio se istnci o lo coeto.
4
1 Introdução
ossos dias, quando podeosos méodos computacionas como o Méodo dos Elementos initos eqüentemene tilizados com dados de baixa qaidade (uma anlse interessane do empego emétodo em poblemas geotécnicos é feta por Magnan e Mesa, 1992). Oo aspecto mpotane da escolha de méodo de clclo elacionado aos dados onveis é quando se petende tilzar m método semi-emprico Por exemplo o diagama : empxo de tera cona parede� fexves de escoameno de escavações, proposto por eagh e Peck (1967), depende da esistência não denada da agia. O valor do coefciente : empxo é: 4Su K =1-m a
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O diagrama de empxo proposo foi deerminado empricamente, com o u obtido em saos de compessão não connada Sabese qe os valoes de assm obtdos são, em geral enoes qe os obtdos po ensaios mais soscados O emprego deste méodo com dados de saos mais sofisicados que fornecem esisências maioes pode se dstancar da ealidade modo não seguro. . avaliação de previsões
Não basta faer prevsões É ndspensve avali-las ou seja examinlas e erptá-as em face dos estados conhecdos do event o prevsto Tradzndo Lambe: as avaliações de previsões constituem uma das formas mais ecazes de nossa profissão . (senão a mais eficaz) de fazer avançar o conhecimento . .
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Dento desse espo, desde a edção de 1978, a norma basileia de poeto e execução e fndações poca encoajar pojeistas e consttoes a nstumenta suas obas Fnaando essas considerações sobre pevsões cabe egisrar a adverênca de Lambe 1973) qano à lzação de previsões do tpo paa pova a validade de qualqer prevsão cnca. 1.2.2 Risco calcuado (Casagrande, 1965)
m toda oba de ngenhaia, h m cero rsco, ou sea pobabidade de m inscesso. as obas de terra e fundações, como decorrência, sobretdo da nateza do materia com qe se rabaha o solo esse sco é sensielmene mao qe nas demais especaidades da Enge nhaa Cv Po sso ele tem sido obeo de esudos por pare de profissonais as co Casagande (96); de Melo (197, 1977) e Veloso (198a 1985b 1987) Para Casagande a expessão "sco calculado envolve dois dferentes aspecos a) O uso de m conhecmeno mperfeio orienado pelo bom senso e experiência para esar a vaiações povves de odas as qantidades qe entam na solção de m pobema b) a decsão com base em a magem de segrança adequada ou ga de isco, levando em cona fatoes econômicos e a magntde das perdas que esulaiam de m coapso O aor exempica com o segne caso ictco: m aero a se consuído sobre agla moe A par das investgações o poeisa concui que a esstênca ao cisalhamento in-situ pode vaia ene 20 e 0 kPa. O imite supeo foi obido de ensaos convenconas d aboraóio em amosas ndefomadas e de ensaios insitu de pahea vanetests. O lmite
Veloso e Lopes
neio é baseado na expeiência e om senso do pojetista, consideando os possveis efe tos comnados de: ( º ansmssão lateal de poo-pessões, e conseqência da estaticação da camada agiosa, a qual edia a essênca ao csalhameno a méda ao ongo de ma spefce de deszameno potencial (2 a edção da esstência a longo pazo quando a agla é submetda a ma defomação csahane não denada Depo s de esabelece o ine vao de vaação paa a esisênca ao csalhameno, o poetst a escolhe um valo caaces tco (o valo de poJeo qe seá ulado em suas anáises de estabildade Se se aa de mpotante baragem, ca upta causaia uma caástofe, ele podea decidi adota o vao basane consevatvo de 6 kPa Com sso, ele estaa potegendo-se conta a ampla magem de nceteza, adotando uma ampla magem de segu3nça. Paa consegui uma mao econo ma sem compomee a seguança o pojetsta podeia opa po nstala um ceto númeo de piezômetos na camada de aga e elaboa um poeo nca com ma magem de segança bem meno. Nesse caso iliaa a oba como ensaio em vedadeia gandea e, com ase nas obsevações pezométcas, podeia modfica o poeto se tal se mostasse necessáio (Método Osevàciona, Peck, 1969) Se a oba fosse m aeo odoviáo paa o qa uma upua pacia poco epesentasse em temos econômicos, o poetsta podea pemit um maio isco de pta Conseqüenemente podeia tia uma esstêcia ao cisalhamento de 2 kPa. Com obsevações piezoméicas, ele podeia empega bemas de equibo se a se mosasse necessáio Assim, o poeto incal pemitia uma ceta poabildade de pt a qe o pojeista conolaa dento de mites toleáveis com o auxío de piezômeos Ee podeia ainda i mais adante povocando, delbeadamente, ptas em seções expemen tais (ensaios em vedadeia gandeza com o que se eduziia pecivemente a e incetea da esistência ao csaameno As aenaivas no exempo dado não somene lstam os dois aspectos que enam na avalação de m isco calcado como também mosam qe o signcado de uma asseção do tpo "o poetista teve qe convve com um elevado sco calcuado não é cao, ua vez qe pode sgnca: (1 º uma laga faixa de nceea aceca da esistênca ou (2 um eevado sco de upta °
º
Cassicação dos riscos
Os scos podem se casscados em
Rscos de Engenhaa • Rscos desconhecidos • Riscos calculados. Riscos hmanos A maoa dos iscos hmanos, tano desconhecidos com calculados, podem se agpados em • Oganização nsatsfaóa, nclndo divsão de esponsaidade ente poeto e supevisão de consução; • Uso nsatsfaóo do conhecmento disponvel e do bom senso • Corupção Feqentemente, não há uma nítida demacação ene esses tês gupos de scos hma nos Em pacula, a dvisão de esponsabldade é, quase �empe, a casa do so nsuciene do conhecmento dsponvel e do bom senso, o qe pode facilita a corupção Glassificação d peas potenciais
podem se classficadas em 6
As pedas poencas em obas de terra e fndações
1 Introdução
• edas catastófcas de vidas e popiedaes; • esadas pedas de vidas e popedades; • Séias pedas fnanceas; povavelmente sem pedas de vidas; • Pedas nanceas toleáves; sem pedas de vdas os de Engenharia
R · Aqueles que são desconecdos até ue · se evelam em um "dente atavés do qual podem, então, se obsevados e investgados a opinão de Casagrande conhecmentos atuas de Geotecnia pemitem que se tena pelo menos uma estmativa qua va da esposta de todos os soos e ochas quando submetdos às atividades convencionas s obas de Engenaa m outas paavas: é muito pouco povável encontaemse scos conhecidos. R Correspondem aos fenômenos para os quis a Geotecnia ainda apesentou uma anáise quantitativa satsfatóra Casagande enumea os seguintes • Deslamentos po iquefação em solos ganulaes; _ • Deslizamentos po iquefação em argias extemamente sensveis; • Caactesticas tensãodefomação-esistência em mateiais ganµaes gossos in clundo enocamentos sob elevadas pessões confinantes; • Caactesticas tensãodeformação-esstência a lngo pao de aglas não denadas; • Caacteísticas de establdade de arglas ijas e gilas siltosas muito plásticas; • Contole de ssuas tansvesas e ongitudinais no núceo de brragens de enocamento de gande atua; • feitos de terremotos em baragens de tera ou enocamento de gande atua A margem de seguança a se consdeada no pojeto dependeá dietamente da magni de das pedas potencas e também do gau de inceteza envovido Riscos Humanos
O A dvisão de esponsabldade ente o pojeto e a supevi são de constução é uma das causas mas feqüentes de pobemas na ngenaria Geotécnca e de Fundações Havendo essa divisão alguns poblemas deicados são postos ao pojetsta tas como: ( 1 º) Se o poetista não tem contoe sobe a execução e, sobetudo se ele não tem confança em quem vai execta e supevisiona a constução deveá intoduzi uma magem de seguança adicional ou mesmo opta po uma solução menos econômica, poém menos vulneáve a uma execução ma cudada? 2 ) Como pode o pojetista se potege se não tem contole sobe a execução e nem mesmo é nfomado de modicações intoduzdas peos executoes? Não há soução satisfatória para esses pobemas senão a eiminação da causa básica ou sea dar ao rojetista a tarefa de supervisionar ou scalizar a execução dasfudações por éle projetadas. Uma evisão do pojeto feita peo cliente sem participação do pojetista conduz a uma divisão de esponsabilidade que pode te conseqüências desastosas sobe a oba. Segun do Casagande o nco pocedmento capaz de evtar difculdades é eun os consutoes das partes inteessadas (popietário pojetista empeteo geal empeiteio de fundações etc) em uma comissão para dscut e debear sobe os pobl emas da oba °
7
Veloso e Lopes
Uso insaisfaório de conhecimento e experiência disponíveis Nese item, são
incluídos todos os casos em que conecimento e experiência profssionas insuicientes são utilizados no pojeo e construção. brangem desde erros "onestos e fala de conhecmento, ao exremo oposo em que um consulor é utiado como mero "objeto de decoração. No úlmo caso, ee pode mesmo servir de bode expiatóo paa quaque erro qu venha a ocor rer, anda que seu conselo tenha sido inteiramente sasatório. O engenero que é, em última nstância o responsáve pelo projeto ou construção, depende de um ceo númeo de subordinados cujo trabao ele não pode verific pessoamen e. Mesmo com o meor sistema de contoe e verifcação erros de jugamento 2 e avaliação podem escapar em aguma parte do projeto ou construção. Corupção ranscreve-se, no orignal, mportane advertênca de Casagande
Even the ost experienced designer who can cpe well with engineering risks may see his career ruined by human risks, particularly by corruption.
As déia de Casagrande foam eomadas po Mogensen na 3 Conferência Caagrande (Mrgenste 1995) ª
l
1.2.3 Método Observ�cional (Peck, 1969 1984) Peck escoeu como tema da 9 Rankne Lecure 1969) o que camou de Método Observaciona, resultado da convvência e oca de déias com Teraghi Como ele própo arma é um méodo naplcáve a uma oba cujo proeo não pode ser alterado duane a consução m esumo a apcação competa o método compreende as seguintes etapas: . Exploração invesiação) sufcente paa estabelece, pelo menos, a natureza, dstri buição e propiedades, em geal, dos depósitos sem necessdade de detales 2 valição das condções mais prováves e dos desvos em reação a essas condi ções, mas desfavoráveis que se possa imaginar. Nesa avaiação a Geolgia desem pena mportane papel 3. Estabelecimeno do pojeto com base em uma ipótese de rabalo de compoamento antecipado sob as condições mais prováveis 4 Seleção de parâmeos a serem observados duane a construção, e cálculo de seus vaores antecipados com base na pótese de trabalho 5. Cálculo dos valores dos mesmos paâmetros sob as condções mas desfavoráves compaíveis com os dados disponíveis referentes ao tereno 6 Seleção anecpada de um pano de ação ou de modfcação de proeto para cada desvo sgnfcavo previsíve enre os valores observados e os determnados com base na póese de trabalo 7 Medição de paâmetros a seem observados e avaliação das condções eais. 8. Modcação de pojeto para adequação às condições reais. é que pono odos esses passos podem ser seguidos depende da natureza e complex dade da obra Podem-se distingu dos casos: 1º) obras em que, devdo a um certo aconteci mento, o Método Observaconal se impõe como únca possblidade de levar a construção a bom eo e 2 ) obras em que o méodo é consdeado desde o níco da constução ª
º
2
8
Conforme o sentd, em portgês ms proprio, judgement duzio como bo-senso exeêca e julgmento.
1 Introdução
Um dos pergos mas séros na apcação o Métoo Observacona esá o acasso do �lecmeno de m pao de ação paa todos os desvos prevsíves etre o qe fo admto e =ae revelada peas observações Se ê repene o egenhero percebe pelo exame as §rvações, que há ago a fzer que não hava sdo prevsto, ele eve oma decsões crcas sob ão no momeno, e a poerá vercar qe não há solçã para o problema surgdo. Tvesse sderado, orgnalmene oas as possblades tera concído, antecpadamente qe se ? condções adversas prevalecessem ele ão sera cap e levr adante o empreendeo e ea, obvamete desenvolvo um proeo vulerável a esse ponto. Trascrevedo as palavras e Peck: n short the engineer ust devise solutions to all problems that could arise under the least Javourable of the conditions that will remain undisclosed until theeld observations are made Ihe cannot solve these hypothetical probles, even i the probability of their occurrence is ve low, he ust revert to design based on the least favourable conditions He can then no longer gain the advantages in cost or time associated with the Observational Method.
ão mporae qanto preparar panos e ação para toas as evetadaes é faer as bservações coreas. A seleção e parâmetros aeaos a observar e mer reqer ma per epção correta os feômenos scos sgfcatvos ue goveram o comportamento a obra rate a constrção e após sa conclsão s observações devem ser cofiáves e os resu ados evaosmedatamee ao proesta _ O Métoo Observacoa é mas aplcado em obras 'e terra (ateros, barages) do que em fações Em osso Pas eretano não é raro terse qe corer m certo rsco calca do" o projeto e eecção das fações em obras em ocas para os quas a mobação dos epametos aduaos poe até vablzar o empreendmeo Temse enão qe se obser var o comportameno a obra esde o c9 para que sea possíve costaar eventalmente uma suação ue obrge a uma modcação do proeto; em geral procee-se a m reforço as fuações 1 ·
REFERÊNCIAS CASAGRANDE, A. Role of the "Calculated Risc n earthwork ad fodaton engneerig Joural So Mechas ad Foudation Dvon , ASCE v 9 1 SM4 Jly 1965 de MEO V. F B The philoophy of atc ad probabity appled n · oil mcac n: CON ON APICATION OF SATSTICS AN ROBAB ILY IN SOIAN SRUCRA NGNRN 2 975 Aachen Proeedng. Aace Cof o Aplcation of Statc and robability Soil ad Stuctural ngieerig 1975 de MEO, V. F B Reflecton o deg deon of practcal gfcace o embankmet dam Rake Lece Geotechnque v 27 3 977 AMB W redcon ol egneering Geotehque v 2 n 2 p 19-202 197 MAGNAN J ; MSAT P iaion de éleme fin da le roject de Géoechnqe Annae de L'nttut Tehique du Bâtment e de r vaux Pubque 506 992 (Sée So et Fondaton n 26) MORGENSTERN N R Managing rk Geotechical Engeerg rd Caagrande ece ANA MERICAN CONRNCE ON SOI MECHANCS AN FOUNATION NGNRN 10 199 5 Guadalajara Proeedg Gadaaara Conerence on Sol Mechac and oudaton gneerng 1995 PCK R B Adanage ad l maon o e obevaoa mehod in aped ol mecanic Geoehnique V. 9 2 969
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Veloso e Lopes
CK, R B Judgemen in geoechn enneerng - he pfen legcy ofRh B Peck DUNNNICIFF, J DRE, U (ds) New Yor: o Willey, 984 SMITH, G N. baby and tasts n iv engeeng: n ntrodt odo: W. Colis Sos & Co. td., 986 RZAGH, K; ECK, R. B S mechnis in engieern pci. 2 ed New ork oh Wiley & Sos, 96 VEOSO, D A Fdações profudas: seguraça : SIMÓSIO SOBRE ORA E RÁCA DE FUNDA ÇÕES PROFUNAS, 985, orto Aegre. As oro Alegre: UFRS, 985a. VELOSO, D. A. A segaça as dações : SEFE: SIMÓSIO D ENGENHARIA DE FUNDAÇÕES SCAS, , 1 985 , São Pao ns São Paulo ABMS-ABF, 985b VELOSO D. A. Anda sore a seguraça as udações : Ciclo de aesras sobe Egeharia de udações, ABMS Núeo Regioa do Nordeste, Rec 987
-
,,
Í'
10
Capítulo 2
SOBRE O POJETO DE FUNDAÇÕES Neste capítulo apesentamse os eemenos ndspensáves ao desenvolvmento de u ojeto de fndações e discutemse os eqsitos báscos a ue esse po jeto deve aende pa ! desempenho satsfaóio das fndações
2.1 IPOS DE FUNDAÇÕES E TERMINOLOGIA Um dos pmeos cdados de m pojesa de fundações deve se o empego da mologia coea. As fundações são convencionalmente separadas em dos gandes gupos: _ • fundações speciais (ou dietas" ou asas) • fundações pofundas. A disinção ene esses dos ipos é feta segndo o citéio ar bitáro) de ue uma ndação pofnda é aqela cuo mecanismo de pta de base não sugisse na sperfície do -rreno Como os mecansmos de pua de base aingem\acma dela tipcamene duas vezes a meno dmensão a noma NBR 622 detemno ue fndações pofndas são aqeas as bases estão mplanadas a ma ofundidade speio a das vezes sua meno dimensão Fg 1 e a pelo menos 3 m de pofndidade. •
J
pfnd
supecial
B=menor mensão da bse (a)
(b)
g. 2. 1 - Fndação superfical profuda
Quanto aos tpos de fndações speficias há Fg. 22): bloco elemento de fundação de conceto smples dimensonado de maneia que as tensões de tação nele podzidas possam se esisdas pelo conceo sem necessidade de armada; sapata elemeno de fndação supefcial de conceto amado, dimensionado de ta modo e as tensões de tação sejam esstdas po armada po isso a sapata tem meno ala ue o bloco)
·1 1
Veloso e Lopes
sapa�a corida sapata sueita a carga distribuí�a (às vezes chamada de baldrame); viga de fundação elemento de fndação superfcial comum a vários pilares cjos centros em planta estão siuados num mesmo alinhamento gelha elemeno de fundação consiuído por m conuno de vigas que se crzam nos pilares sapata associada - elemento de fndação que recebe pare dos pilares da obra o qe a dfere do radiers, piaes estes não alnhados o que a difere da viga de fundação; radier eemento de fundação que recebe todos os piares da obra
ga d fundação
1 1
1
vista latral
1
&
sção tpo boco
glha
±
seção tipo sapata
radie
Fg. 2.2 - Pincpais pos d fundaçõs supias Já as fundações profundas são separadas em rês grpos (Fg. 23): estaca - eemento de fundação profnda, exectado por feramentas ou eqpamentos execção esta que pode ser por cravação a percussão o prensagem o por escavação o ainda msa
(a)
(b
(
._ ___
Fg 2.3 - Prncipas tipos d fundaões profundas: (a) saca, b) ubulão (c) aixão
12
2 Sobre o Projeto de Fundações
tubulão elemeno de fundação prounda de foma ciíndrca que pelo menos em sua
ase na de execução em a descida de opeáro (o ubulão não dee da estaca por suas dimensões mas pelo processo executvo ue envove a descida de operáio) caixão eemeno de undaçã pounda de orma pismática concreado na supecie e nsalado po escavação inerna Exisem ainda, as undações mistas ue combinam soluções de undação supecial com profunda Alguns exempos são mostados na Fig 2.4
D (a)
b
e)
d)
ig. 24 - Alguns tipos de fundações mstas: (a) sapata associada a estaca (chamada "staca T", (b sapata associada a staca com matral comprssívl nt las (chamada "sta pata" radier sor (c) stacas ou (d tubulõs ,
. J
2.2 ELEMENTOS NECESSARIOS AO PROJEtO
Os eemenos necessários paa o desenvovimento de um projeto de fundações são: (1) Topografa da áea
• Levanameno opogáfco (panatim'co) • Ddos sobre audes e encosas no erreno (ou ue possam angr o terreno); • Dados sobre erosões (ou evoluções preocupanes na geomofologa)
(2) Dados geoógco-geotécics
• Invesgação do subsolo (às vezes em duas eapas preminar e complemenar); • Outros dados geológcos e geoécnicos (mapas otos aéeas e evantmentos aero oogécos tgos sobe epeências nerioes na áea pubicações da CPRM etc
(3) Dados da estrutua a consruir
• Tipo e so ue eá a nova oba • Sisema esuur� (hiperestacdade lexibldade etc) • Ssema consrutivo (convenciona ou pé-moldado) • Cagas (ações nas undações)
(4) Dados sobre costruções vzhas • Número de pavimenos caga média po pavimeno • po de esuua e undaçõe • Desempenho das undações • Exsência de subsoo. • Possves conseqüências de escavações e vibações provocadas pela nova oba 13
Veloso e Lopes
Os conuntos de dados 1 2 e 4 devem ser cudadosamente avalados peo poetista em uma vista ao ocal d construção O conunto de dados 3 deve ser dscutdo com o projetsta da obra (aquteto ou egenero ndustral, p ex) e com o proetsta da estrutura Dessa dscussão vão esutar os deslocamentos admssíves e os atores de segurança a seem apcados às deentes cargas ou ações da estrutua No caso de fundações de pontes, dados sobe o regme do ro são mportantes para avalação de possves erosões e escolha do método executivo Já nas onas urbanas as condções dos vzinos consttuem reqüentemente, o ator decsvo na deinção da solução de undação. E quado fundações proundas ou escoramentos de escavações são pevstos o projetsta deve ter uma idéia da disponiblidade de equipamentos na egão da obra
Ações nas Fudaçõs As soctações a que uma estutura está sueta podem ser classcadas de dferentes maneras Em outros pases, é comum separálas em dois grandes grupos: (a) cargas vvas (b) cargas motas"; que se subdvd�m em:
OPERACIONAIS
CARGAS IAS
1·.
cupação por pessoas e móves assagem de veclos e pessoas peração de equpam etos móveis (da e.) rmazenamento - tacação de navios, poso de h elicópteros - Feaem aceleaão de veículos (potes)
AMBIENTAIS
Vento as coentes émperatra -ismos
ACIDENTAIS
oicitações especias de costrução e stalação olsão de veícuos (avios aviões etc.) - xposão, foo
CARGAS MORTAS OU PERMANENES
- eso própro da estrutra e eupametos permanentes mpxo de ága mpuxo de terra
Já no Brasl, a noma NBR 8681/84 (Ações e segurança nas estruturas) classica as ações nas estruturas em (a) Açõe permanentes as que ocorrem com valoes constantes durante pratcamente toda a vida da oba (peso pópro d a construção e de equpamentos xos empuxos esoços devdos a recalques de apoos) (b Açõe variávei as que ocorem com valores que apresentam vaações signicatvas em torno da méda (ações devdas ao uso da obra tpcamen te)
14
2 Sobre o Projeto de Fundações
{ Aões excepcionais as que têm duração extremamente curta e muito baixa de de ocorrência durate a vida da obra mas que precisam ser cosideradas no �êf determinadas estruturas (eplosões colisões, incêndios, echentes sismos). � orma NBR 8681/84 estabeece critérios ara combinações dessas ações na · dos estados limites de uma estrutura (assm chamados os estados a partir dos Lura aresenta desempenho adequado às nalidades da obra) a- estados limites últimos (asociados a coapso arcial u total da obra); estados limites de utilização (quando ocorem deformações ssuras etc que "etm o uso da obra) 2 REQUISIOS DE UM PROJETO DE FUNDAÇÕES
Trconalmente os requistos báscos a que um rojeto de fudações deverá atender são: Deormações acetáves sob as codições de trabaho (ver Fig 25a) 2 Segurança adequada ao colaso do soo de fudação ou estabilidade externa (ver g .5b); 3 Segurança adequada ao coapso dos elemetos estruturas ou estabilidade interna _ ver Fig 25) As cônseqüêcias do não-atedimento a esses requisitos são mostradas na Fig 2 5 .
. ,
1 1 (e)
(d)
(b)
j
1-/
\._ ()
Fig. 2.5 - (a) Deformações exessivas, (b) colapso do solo (c) tombamento, (d) deslizamento e (e) colapso estrutural, resultantes de projetos defiietes
15
Veoso e lopes
O atendimento ao eqisito () corresponde à vercação de estados limites de utlização de que taa a noma NBR 8681/84 O aendmeno aos reqstos (2) e (3) coesponde vericação de estados limites últimos. Outros reqsos especfcos de ceros tipos de oba são (a) Segurança adeqada ao ombameno e deslizamento (também establdade "externa), a ser vericada nos casos em qe foças horizonais elevadas atuam em elemenos de fundação supeficial (ver Fig. 2.5c-d) (b) Seguança à lambagem (c) Nves de ibração compatíves com o so da oba a seem veicados nos casos de cagas dnâmcas
2.4 VERFICAÇÃO DA SEGURANÇA AO COLAPSO E COEFICIENTES DE SEGURANÇA Nos probemas de fndações há sempe incertezas seja nos métodos de cálco, seja nos vaoes ds paâmetros do soo inodzdos nesses cálculos sea nas cargas a supoa Conseqüentemente há a necessidade de introdção de coefcentes de segurança (ambém chamados atores de segurança) qe levem em cona essas incetezas Conceitalmene a fxação desses coeficientes de segurança é bem mais difc que no cálclo esrural de conceto armado ou poendido o de aço em qe entram materias fabcados relatvamne omogeos e por sso co propriedades mecâncas que podem ser bem deerminadas. O solo qe paricpa do comportamento de ma fundação é na maora das vezes, exremamente heterogêneo e se conhecimento é restio ao revelado pelas nvestigações realizadas em agun pontos�o tereno que não impedem a ocoênca de surpresas, seja durante a execução das fndações ja depos da consrção concluída. O tema tem sdo objeo de pesqisas e os tabalhos publcados são inúmeos, cabendo menciona pea impoância: BrnchHansen ( 965) Feld ( 965); angejan ( 1965); W e Kraft (1967); Heckel (1968); Meyerhof (1970); Lmb (1970); Nascimento e Facão (1971) Wu (1 974) Vanmrcke (1977); Meyerhof (984) Baike (1985) e Fleming (1992) Pe envovmeno com a Teoria das Pobabldades recomendamse também Smh (986) e Harr ( 19 A seguir será feito um esmo dos conceitos mais importantes e exposa a forma como a norma basilea BR 6 122/96 considera a segrança nas fundações.
2.4.1 Conceitos e influências a considerar Influêncis a considera (Meyehof, 1970)
As incerezas começam com as invesigações geotécnicas pos é pratcamente impossíve como já fo dio terse m conhecimento "compleo do sbsoo sobre o qal se vai constri. Deve-se potanto peve uma margem de segança pa eva em conta eventuais desconindades nas camadas reveladas peas sondagens lentes de Iateral menos resisente ec Os parâmetros de resistncia e compressibidade dos soos deemnados, sea em ensaios de laboratório, seja a par de corelações com ensaios de campo (S CPT etc) apresenam, ·também inevitavelmente eros qe devem ser cobertos por uma margem de segurança Os cálclos de capaciade de crga de recalques e ouos são eaboados sobre modelos qe procuram representa a eadade mas sempre reqeem a inrodução de smplifcações das qais resulam eros qe deverão ser cobertos por uma margem de segrança As cargas para as quais se 16
2 Sobre Pojeto de Fundações
eam as fundações ambém são eivadas de erros ue deveão se cosideados pela margem seguraça Finalmente, a margem de seguança deveá evar em coa as imperfeições da Xcução das undações que podem, mediae adequada scaiação se reduidas, mas unca almene elimiadas Assim em esuema erse -á Marg�m de seguraça icerteza nas invesigações + nos paâmetos + os méodos de cáculo nas cargas na execução Coecienes de segurança globas e coeficientes d� segurança parcas Todas as inceezas mecionadas podem ser incudas num único coefiiente de guança que seá chamado lobal. A Tab. 21, ecomedada po Terzagi e Peck 196), fome Meyehof 977), explicia esses coeciees para alguns tipos de obras Os vares peioes são usados em aáises de esabilidade de esrutuas sob codições normais de viço; os valoes ineiores são usados em análises baseadas as codições de caregameno mo e obras provisórias. Ta b. 2. 1 - Coecentes de segurança globas mínmos ipo de rupura
Obra
Coef de segurança . .!
Cisahameto
Obas de terra Estrturas de arro Fdações
1 ,3 1 , 1 , 5 2,0 2,0 3,0
Aão da água
Sub pressã, levantaeto de fdo rosão tea, piping
1 , , ,0 a 5,0
Sendo as cargas aplicadas à esutura e a resistêcia do soo variáveis idepedentes pece mais azoável como aconece o cálculo estrutural adoar-se oeientes de eurana arciais, coorme sugeido por Brinc-Hase 965) Quando se uia o pricpio das ensões admissveis as esões decoenes das cargas apicadas não devem excede as ensões admissíveis dos diferetes maeriais, que são obtidas dividindo-se as tesões de upura ou escoamento r por coeficienes de segurança, C:
C ( p) < C
cs
(21
ode = carga pemaete p caga acideal g
Outra possibilidade de intodução da seguaça consiste em multiplica as cargas po coeciees de seguança pcis caados "de maoação das cargas, C8 e Cp , e impor ue as esões obidas dessas crgas majoadas seam meores ue as esões de upura dos mateais 22)
17
Veoso e lopes
Veica-se, então, que no prmero procedmento podem-se adota derentes coeicentes de segrança para os deentes maeras, enqano, no segndo, podemse adotar deetes coecentes de segurança para os deentes caregamenos As vantagens dos dos procedmenos podem se reundas mpondose coecentes de segurança parcas às cagas e às esstêncas (chamados "de mnoação das ressêncas) CS:
a(g.CS +p.CS) <
(2.3)
r
Ta o prncpo dos coecentes de segurança pcas As cargas mltplcadas pelos respectvos coeicees de segurança são as camadas cargas nominais e, analogamente as essêncas dvddas pelos espectvos coeicentes de segrança são as chamadas resistências nominais. O crtéo de proeto consste, então, em que • as tensões omnas não possam excede as resstêncas nomnis ou em outras paavrs, • verca-se o equilíbrio no stado nominal d ruptura. Na fxação dos coefcentes de segurança pacas, são observados dos prncípos (a) Quano ao a ncerteza na determnação de ma dada qantdade maio o se coec�ne de segraça. (b) Aos coecentes ' seguança parcas devem se atbídos valores tas qe as dmensões das esrtras com eles dmensonadas sejam da mesma odem de grandeza das qe seram obdas pelos métodos tradconas BnchHanen (1 965) sugee os seguntes vaores de coeicentes de segrança pacas Cargas permanentes 1 ,0 Cargas acdentas 1,5 Pressões de ága: 1,0 Cálculo de estabdde de aldes e empuxos de era coesão 1,5 ; tg c: 12 Fundações sperficas coesão 20; tg c: 1,2 Fndações prondas: órmlas estácas coesão: 2,0 tg 1,2 órmulas de cravação 20 cs provas de carga 1,6 cs Materas estrtras aço CS 135 em elação à tensão de escoamento conceto CS = 2,7 em relação à tensão de uptua à compressão de corpos de prova cíndrcos outros materas dvdr por 14 as tensões admssíves sas =
O coecente de segurança parcal do ânguo de atrto é aplcado à s a tangente Assm o ângo de ao nomnal seá k = ar tg (tg / CS< ). Conceitos probabísticos (Freudentha, 1947, 1956, 1966; Meyehof, 1970; Smth, 1986; Harr, 1987; Veloso, 1987)
Os parâmetros de resstênca dos solos e as cargas aplcadas às estruturas consttem oa de dúvda, dos gupos ndependentes de grandezas aleatórias. Assm sendo se conhecdas as respecvas dstbções estatíscas, poder-seá apcar os concetos da Teora das Probabldades pra o esdo da segrança Na Fg 26a, são epresenadas as crvas de dstrbção das cagas e das resstêncas caracterzadas elas médas Q e n e pelos desvos padrões Q e ªn · 18
2 Sobre o Projeto de Fundações cargas
ruptura
seguança
Z
>
resisênia
()
(b)
Fig. 2.6 - !ndice de confiabilidade
O coeficiente de seguança goba pode ser dendo pea elação enre as médas C
mR
(2.4)
m Q
Quado a caga gala a esiêcia temse a rpura, e os coeficetes de seguraça parciais podem se defiidos pelas elações: e
(2.5) -�
Nessas deições, as cagas e as. resstêcias aparem como gradeas detemsticas Se caráer aeatóo em ada iui. Introduzse ma ecea grandea: Z=R- Q (26) A pobabidade de rpua seá deidor: PJ = P [Z < O] P [(R Q) < OJ 27) ode Z é chamada função-estado lime para o modo de rpa partcular ue se está consderado A distância da média mz de Z ao poto em ue Z = O Fig. 2.6b) expessa em emos de desvio padão de Z é igual a [a em que / é o índice de onabldade e é uma medida da seguança de ma estra. Têmse as relações: 28 m / O ode 2,
z
=
f =
(2.9
e como = , - em-se: z
R
10
=
O ndce de confiablidade leva em cosderação por meo dos desvios padrões as incerteas as cagas e nas resstências Qato maior isto é uao mas inceea hover a magem de segaça, tato meno erá o ndice de conabilidade O índice de conabiidade leva em cota pois a aleatoriedade ds gradezas evolvdas e, po isso, deve ser peferido ao coeficete de seguaça.
19
Veoso e lopes
Se as grandeas evovidas tverem dsribuições próximas da disribuição omal de Gauss a probabiidade de ruptua pode se obda pea expressão: (21) onde:
< (-/) é o smboo gera para o vaor da probabiidade acumuada de Z de aé /. o
Paa maiores deahes sobe a deermação do ídice de conabiidade em Geotecna, recomedamse Sih (1986) e Harr (1987) Em Meyerho (970), encoram - se agumas idicações sobre a reação ere 1 e o coeicene de segurança goba Paa os vaoes normais desse coeiciene de segurança para fudações (20 a 30) veriicase que a probabidade de rupura é da odem de 1/5000 a 1/10.000 24.2 Situações a seem verificadas
Depededo das caactestcas de deagem do soo, há dierees siuações a serem vercadas Nos soos de drenagem ena (soos agiosos saur�) há que se vecar as seguntes suaçõe (a) Segaça a urt rao ou não drenada (geamete é a siuação críca); (b) Seguaça a longo prazo ou drenada. · Em pincípio para o caso de udações cujo caregameo poduz excessos de poro pessão a seguança auenta com o tempo uma vez que os excessos de poropressões se disspam com o tempo, causando um aumeno de ensões eeivas e coseqüetemee de resisêca Assim a seguança a ongo prazo é maior A ·seguraça a curo prazo pode não se críica em soos qe apresenam compotameo viscoso (seos a creep) pois as deformações que soem com o tempo podem gera poopressões num processo mais rápido ue o processo de drenagem (adesameno) Neste caso o fao de seguaça passa pr um mínimo agum empo após o caregameno (e tem seu vaor aumeado após esse pono) os soos de drenagem ápda (soos areosos em gea e soos argosos parciamente sauados) asa em pricípio verifica a condção denada A anáise drenada é ea em temos de tesões eeivas com parâmeros drenados (' ', ') e a áise não dreada é eia nomamete em ermos de tensões oais com paâmeros não drenados (e , (u ) Para se decidr se uma aáise não deada é ecessáia é preciso avaia (i) a permeabdade o soo ( e as disâncias de deagem que são as dstâcas às aces denanes da camada de agia que será soictada) e (i) a veocidade do carregameno. Aguns pos de caregameno são eaivamene ápidos como no caso do enchimeno de sos passagem de veícuos ação do veno ec. Na Fg 27 esão indcdos de oma esquemática dois ipos de carregameno. a Fig 27a apresenase uma evoução das cargas típca de um edício resdencia ou de escriório caso em que o peso própo da obra é_ maior que as cargas de ocupação. a Fig 27b apresena-se a evoução das cargas em um so ou amaém ode as cargas operacias são eevadas em reação ao pesopróprio e podem variar rapidamene (esse é o caso, também, de pontes ferroviárias, p ex.). u
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