Capacidade de Carga

Capítulo 2

 CAPACIDADE DE CARGA

2.1 – Capacidade de carga dos solos

 Denomina-se capacidade de carga  de um solo à pressão que, aplicada ao solo mediante  o carregamento de uma placa, causa a ruptura do mesmo.  Uma vez alcançada essa pressão, a ruptura do solo é caracterizada então por recalques incessantes da placa sem que haja aumento da pressão aplicada.[pic 2]

A pressão ou taxa admissível, ou taxa de trabalho  de um solo é obtida pela introdução de um coeficiente de segurança  adequado, aplicado à capacidade de carga do solo: [pic 3][pic 4]

[pic 5]

 

Todavia no estudo da engenharia de fundações, além desse critério de segurança contra ruptura, que é análogo àquele considerado nas estruturas, temos que analisar se a grandeza dos recalques decorrentes da aplicação da pressão , assim determinada, é excessiva em face ao tipo e natureza da obra.[pic 6]

Em outras palavras, de um lado as tensões cisalhantes despertadas no solo pelo carregamento de uma placa devem ser inferiores à resistência ao cisalhamento com uma ampla margem de segurança, e de outro lado os recalques diferenciais entre placas não devem ultrapassar valores os quais causem danos na superestrutura ou que afetem a sua estabilidade.

A determinação da taxa admissível dos solos é feita pelas seguintes formas:

• Pelo cálculo da capacidade de carga por meio de fórmulas teóricas.
• Pela realização de provas de carga, isto é, pelo carregamento real do terreno com uma placa de pequeno tamanho.
• Pela adoção de taxas decorrentes da experiência acumulada através de construções em cada região razoavelmente homogênea.
• Por meio de tabelas empiricas, obtidas na prática, que fornecem um valor conservativo da carga admissível, muito úteis em pré-projetos e em obras pequenas.
• Através de correlações entre taxa do terreno e índices de resistência à penetração de amostradores quando da execução de sondagens à percussão.

Os coeficientes de segurança em relação à ruptura de um terreno de apoio de uma fundação por sapatas, geralmente situam-se entre n = 3 ( exigido em casos de cálculos      de  estimativas )  e n = 2  ( admitidos em casos de disponibilidade de provas de carga, etc. ).

A capacidade de carga de solos não é constante, sendo função dos seguintes fatores:

1) Tipo e estado do solo ( areia nos vários estados da compacidade ou argila nos vários estados de consistência ).

1. Da dimensão e mesmo da forma da placa carregada ( sapatas corridas, retangulares, quadradas ou circulares ).
2. Da profundidade da fundação ( sapata rasa ou profunda ).

2.2 – Cálculo da capacidade de carga por meio de fórmulas teóricas

Foram desenvolvidadas várias teorias e métodos que permitem calcular a capacidade de carga dos solos.  Para utilização dessas fórmulas é necessário o conhecimento adequado da resistência ao cisalhamento do solo em estudo.

2.2.1 – Método didático de Terzaghi

2.2.1.a – Placa circular apoiada à superfície de um solo coesivo .[pic 7]

O método apoia-se na experimentação de modelos de sapatas onde eram medidas as deformações no solo abaixo das mesmas.  Para uma sapata de diâmetro  2R Terzaghi observou que as maiores deformações davam-se até uma profundidade aproximadamente igual a 2R e que o cilindro ABCD ( figura 2.1 ) expandia-se lateralmente ocorrendo deformações apreciáveis no anel de solo confinante do cilindro, até uma distância igual a 3R do eixo da placa, ocorrendo um empolamento da superfície do solo adjacente à sapata ( conforme a linha pontilhada da figura ) :

[pic 8]

Destas experiências Terzaghi concluiu que as deformações laterais de um cubo de solo no centro do cilindro ABCD eram o dobro daquelas observadas num elemento análogo no centro do anel.

Admitindo a dependência linear entre as tensões e deformações, Terzaghi formulou a hipótese fundamental do método didático para placa circular em solo coesivo de que:

[pic 9]

[pic 10]

[pic 11]

Sendo   o peso específico natural da argila teremos então:[pic 12]

[pic 13]

   [pic 14]

e as tensões   e  são tensões principais no instante da ruptura.[pic 15][pic 16]

[pic 17]

Porém, para um solo coesivo podemos estabelecer as seguintes relações desde que a envoltória de resistência  seja definida por s = c ( figura 2.1 ).

σ1 = σ3 + 2c    ;     σ1’ = σ3’ + 2c

Teremos pois, sucessivamente, das expressões acima:

σR = σ1  - γR =  σ3 + 2c - γR  =  2σ1’+ 2c - γR =

= 2(σ3’+ 2c) + 2c - γR  =  2( γR + 2c) + 2c - γR =

= 2γR  + 4c + 2c - γR = 6c + γR

Assim :

σR =  6c

Dado que o termo [pic 18]é desprezível face ao termo  6c.

A fórmula acima permite portanto calcular a capacidade de carga de uma placa circular apoiada em argila da qual se conhece a coesão ( c= Rc / 2 )