Cargas horizontais nas fundações

Com a análise das estruturas de edifícios através de modelos em pórticos espaciais, passou-se a observar e dar maior importância a existência das forças horizontais nas fundações. Nos modelos simplificados de cálculo, nos quais os elementos são analisados de maneira isolada, esses esforços geralmente são desprezados ou não aparecem como um resultado da análise. Nesta série de artigos, são mostradas de onde surgem as forças horizontais sobre as fundações, bem como algumas maneiras de minimizá-las, otimizando o modelo da estrutura.

1. Cargas horizontais nas fundações (este artigo)
2. Reduzir cargas horizontais alterando a concepção
3. Reduzir cargas horizontais alterando a fundação

Cargas horizontais nas fundações

Nos casos em que a fundação é modelada com um vínculo impedido ao deslizamento (ou deslocamento horizontal), como é o caso do modelo adotado pelo Eberick, supondo que nenhuma carga horizontal é aplicada ao longo do pilar, se houver deslocamento (translação ou rotação) nos nós das extremidades dos pilares  ligadas a estas fundações, existirão necessariamente forças horizontais transmitidas a elas. Estas cargas horizontais, em alguns casos, podem causar o erro D53 - Carga horizontal excessiva. No caso de vínculos deslizantes, estas forças horizontais não existem. 

Para esclarecer melhor o assunto, pode-se analisar um modelo de pórtico espacial, no qual existem ligações rígidas ou semi-rígidas entre as vigas e os pilares e onde a rotação dos nós é provocada pela assimetria na geometria ou na aplicação das cargas na estrutura. A amplitude destas rotações varia proporcionalmente às rigidezes relativas entre as vigas e pilares, comportando-se de forma intermediária entre um apoio e um engaste.

Em dois modelos de pórtico espacial com carregamento uniformemente distribuído é possível obter comportamentos distintos na fundação dependendo da simetria da estrutura.

Observa-se que a linha elástica da estrutura (deformada) do modelo II apresenta deformações maiores no maior vão. Concentrando o estudo no apoio intermediário, já que nos pilares extremos os momentos e os esforços horizontais existem independentemente da simetria da estrutura e do carregamento, é possível observar que houve uma rotação da viga, no sentido deste vão. Esta rotação solicita o pilar que, conforme sua rigidez, inibe parte a rotação da viga e com isso absorve parte do esforço do nó, indicada no gráfico pela letra “M”. O momento fletor que surgiu no topo do pilar central provocará forças horizontais cuja componente inferior é a força horizontal na fundação.

Para o modelo I, que possui uma simetria entre a estrutura e a aplicação das cargas, a linha elástica assume uma configuração também simétrica em relação ao apoio intermediário. É possível perceber que o gráfico de momento fletor no apoio intermediário concorre em um único ponto, portanto não há rotação neste nó nem transferência de momento para o pilar. Assim, se o momento fletor é nulo, não existe  força horizontal nesta fundação.

As maneiras para reduzir estes esforços serão abordadas nos próximos artigos da série.

Colaborador: André Puel