Capacidade de carga de fundações diretas com rotura localizada do terreno

Abstract

A expressão geral da capacidade de carga, para fundações superficiais, foi deduzida baseando-se no pressuposto de que o solo sofre rotura generalizada. Teoricamente, quando o solo apresenta compressibilidade relativa elevada, ou elevada deformabilidade, a rotura dá-se por um mecanismo diferente, tal como a rotura localizada ou por punçoamento. Alguns autores têm vindo a estudar os efeitos de escala e da compressibilidade do solo na capacidade de carga, de modo a definir claras fronteiras que separem tais modos de rotura. Contudo, foi Vesić (1973) que, baseando-se na relação tensão-deformação do solo, usando o conceito de Índice de Rigidez e a Teoria de Expansão de Cavidade numa Massa de Solo Infinita, propôs os fatores de compressibilidade utilizados quando se espera que ocorra a rotura localizada ou por punçoamento. Neste trabalho, é feita uma verificação numérica, à abordagem de Vesić (1973), pelo Método dos Elementos Finitos, com os programas RS2 e RS3. O Critério de Mohr-Coulomb é utilizado nas análises em estado plano de deformação, axissimétricas e tridimensionais. Esta verificação foca-se nos fatores de compressibilidade, para fundações superficiais (contínuas, circulares, quadradas e retangulares), em solos coesivos (em condições drenadas e não drenadas) e solos friccionais. Passados os anos, a proposta de Vesić (1973) constitui a única abordagem racional para o tratamento dessa temática. A verificação efetuada neste trabalho demonstrou que esta é uma forma eficiente de prever, qualitativamente, os efeitos da compressibilidade do solo. Com os resultados das análises axissimétricas efetuou-se ainda uma verificação numérica aos fatores de forma sc e sγ propostos por Vesić (1973).

The bearing capacity equation, for shallow foundations, was created based on the assumption that soil fails only in general shear. In theory, when the soil shows high relative compressibility, or deformability, it should fail by a different mechanism, such as local or punching shear failure respecti. Some authors have been studying the scale effects and soil compressibility on bearing capacity, in order to set clear boundaries that separates such modes of failure. But it was Vesić (1973) that, based on the soil tension-deformation relation, using the concept of Rigidity Index and the theory of Cavity Expansion in an Infinite Soil Mass, proposed the compressibility factors to be used when the punching or local shear failure are expected. In this work, a numerical check of Vesić's approach is made using Finite Element Methods, with RS2 and RS3 programs. Mohr-Coulomb failure criterion is used for both plane strain, axisymmetric and three-dimensional analysis. This verification is focused in the compressibility factors, for shallow foundations (strip, circular, squared and rectangular shaped), in cohesive soils (drained and undrained conditions) and frictional soils. After many years, Vesić’s approach is still the only rational methodology for this problem. The check made in this work has shown that this is a very assertive way to predict, qualitatively, soil compressibility. It was also made a numerical check on the shape factors sc and sγ proposed by Vesić (1973) with axisymetric analysis results.