Blocos dimensionados com muitas estacas

O dimensionamento de blocos de fundação é muito importante na análise da estrutura, uma vez que define como será a interação da estrutura com o solo no qual está apoiada. Esta série de artigos busca esclarecer de maneira mais pontual como as configurações de estacas influenciam no dimensionamento desses elementos:

• Blocos dimensionados com muitas estacas (este artigo)
• Como cadastrar uma nova estaca no Eberick?
• Estimativa da capacidade de carga das estacas com base no SPT

Blocos dimensionados com muitas estacas

Os blocos sobre estacas, assim como os demais tipos de fundação, são dimensionados de acordo com os esforços do  pórtico da estrutura. Desta forma, estes elementos são submetidos não só aos esforços axiais aplicados pelos pilares, mas também às cargas horizontais e aos momentos fletores oriundos da supra-estrutura. Assim, fundações onde os esforços verticais são atendidos com poucas estacas podem apresentar um número maior de estacas para atender a estes outros esforços.

Analisando os esforços das fundações

Para analisar os esforços presentes nas fundações, devemos acessar a planilha de dimensionamento dos blocos (botão ). Na guia Cargas, há três tipos de esforços diferentes: cargas axiais, momentos fletores e forças horizontais. Perceba que, apesar da maioria dos blocos apresentar valores razoavelmente pequenos de carga axial, a maioria deles não é dimensionada.

Para verificar exatamente o motivo deste número de estacas, podemos nos valer dos relatórios do programa. Desta maneira, acesse o botão Relatórios - Cálculo detalhado (botão ) e analise a tabela Determinação do número de estacas. Nessa tabela, são apresentadas as verificações de cada uma das distribuições de estacas (coluna modelo), através das quais é possível identificar, em comparação com os valores limite (última linha da tabela), qual dos esforços predomina na determinação do número de elementos na fundação.

Conforme pode ser analisado no quadro acima, para os esforços axiais, o bloco B26 poderia ser dimensionado com apenas uma estaca. Já em relação aos momentos fletores, este bloco necessitaria de pelo menos duas estacas. No entanto, devido à magnitude dos esforços horizontais e a baixa resistência definida para o conjunto estaca/solo, foram necessárias sete estacas para distribuir o atender ao limite informado.

Neste exemplo, a situação crítica do dimensionamento do bloco B26 ocorreu em relação aos esforços horizontais. Porém, a análise é análoga nos casos onde os momentos fletores forem preponderantes para o bloco. Nesta situação, pode-se alterar a concepção estrutural para diminuir os esforços, ou então cadastrar uma estaca mais resistente. A título de teste, alteramos a resistência à forças horizontais para 1tf, sendo que o bloco foi dimensionado da seguinte maneira:

O cadastro de novas estacas, bem como a edição de estacas já existentes será abordada no próximo artigo da série, Como cadastrar uma nova estaca no Eberick?.


EXEMPLO DE VALIDAÇÃO PARA CASOS DE:   "Erro D54 - MOMENTO EXCESSIVO": 

• Identificar a Excentricidade do Pilar: A excentricidade gera um momento adicional devido ao maior braço de alavanca. Isso deve ser considerado na análise do bloco.

• Analisar as Combinações de Esforços: No pórtico unifilar, as combinações de esforços variam conforme a combinação adotada. Para escolher e validar a combinação correta, siga as orientações do artigo Visualização de esforços e deslocamentos da estrutura. 

• Verificar a Carga de Momento: A carga de momento expressiva apresentada na janela de cargas geralmente vem dos pilares que estão transferindo essa carga para o bloco. Sugiro que leia o artigo Diferença entre cargas de fundação e de pilar. Após verificar e comparar a carga do bloco com a carga do pilar que chega nesse bloco, podemos seguir a próxima validação.

• Gerar Relatórios de Dimensionamento de Pilares:

  1. Acesse a janela de dimensionamento de pilares.

  2. Vá para “Relatórios”.

  3. Selecione “Combinações”.

  4. Verifique qual é a combinação que está gerando esse momento expressivo.

• Identificar a Combinação Crítica: Através dos relatórios gerados, identifique qual combinação de esforços está resultando em uma carga de momento maior que as demais.

• Considerar a Ação do Vento: Na maioria dos casos, a combinação crítica é influenciada pela ação do vento. Verifique se isso se aplica ao seu caso e caso aplique você pode seguir as orientações dos artigos abaixo e realizar a leitura para complementar seus conhecimentos:

  • Como contraventar uma estrutura?

  • (Exemplo) Cálculo das cargas de vento

  Esses passos devem ajudar o projetista a identificar e validar a combinação de esforços que está causando a maior carga de momento no bloco.

EXEMPLO DE VALIDAÇÃO PARA CASOS DE:   "Erro D184 - Tensão na biela junto ao pilar maior que a admissível": 

A determinação do número de estacas em cada bloco de fundação considera os esforços solicitantes nos pontos de apoio da sua estrutura, bem como a capacidade de carga da estaca utilizada em seu projeto. Portanto, o programa verifica o número de estacas necessário para resistir as cargas axiais, momentos fletores e cargas horizontais nas fundações.

Em suma, para determinar a seção dos blocos de fundação, o programa compara cada esforço solicitante com a capacidade de carga da estaca, determinando o número de estacas necessário para resistir à solicitação.

Portanto, a primeira etapa durante o dimensionamento das fundações é cadastrar a estaca utilizada em sua obra, conforme explica o artigo Como cadastrar uma nova estaca no Eberick?. Caso contrário, o programa irá utilizar uma estaca padrão cuja capacidade de carga é muito baixa, resultando em um número de estacas excessivo em cada bloco, mesmo que as solicitações sejam baixas.
No inicio deste material é mostrado como o programa faz a análise, e a partir dos relatórios gerados pelo programa é possível verificar os critérios utilizados para dimensionar o bloco.

É necessário verificar no relatório de cálculo detalhado do bloco, acessando o item Relatórios -> Cálculo detalhado, na janela de dimensionamento dos blocos, em que tem-se na tabela "Verificação ao esmagamento da biela" a respectiva tensão solicitante e admissível no bloco que possuir erro, em que é possível observar que a tensão solicitante de 252.76kgf/cm² ultrapassa brevemente o limite de 182.75kgf/cm², levando ao erro D184. 

 

Isto posto, tem-se que a tensão solicitante de 252,76kgf/cm² precisa ser reduzida para atender a esta verificação de projeto. 
 
No cálculo da tensão solicitante, o que irá influenciar neste resultado é a carga total obtida para a fundação e a área de contato entre os pilares e o bloco. Quanto à carga, como é possível verificar na tabela "Estimativa da carga solicitante", no relatório, ela é composta pelo peso próprio, o esforço normal proveniente do pórtico (Nmáx) e pela Carga momento (obtida pelo momento atuante no bloco, visto que a fundação está com o "vínculo de apoio" engastado, transformada de acordo com a excentricidade das estacas no bloco). 
 
Percebe-se como a carga momento é significativa neste sentido, aumentando a "Carga total", e consequentemente a tensão solicitante junto ao pilar. 
 
As soluções neste caso se baseiam em: 

• Reduzir o momento na fundação, trocando o tipo de vínculo do apoio, ou adotando outras alterações na concepção que visem reduzir este esforço nesta prumada (Em geral, se esta região estiver funcionando como um núcleo rígido, visando a redução de deslocamentos da estrutura, essa pode não ser uma solução plausível, mas vale verificar se não pode ser adotada uma associação entre mais pilares com esta função, para não sobrecarregar esta fundação especificamente). 
• Aumentar a seção dos pilares do bloco associado (aumentando a área, se reduz a tensão).
• A carga momento também pode ser alterada modificando o espaçamento entre as estacas no bloco e o modelo de bloco adotado, na aba "seção" da janela de dimensionamento dos blocos. Contudo, estas alterações também podem aumentar o peso próprio do bloco e resultar em um aumento da carga total, portanto deve-se buscar o melhor modelo possível testando mudanças nesses parâmetros.
• Poderá verificar a possibilidade de adotar um bloco com menos estacas (desde que sejam estacas com capacidade suficiente para as solicitações obtidas, e com área condizente à tensão limite que também é verificada na interface bloco-estaca, evitando o erro D185 de tensão junto às estacas). Pode ser interessante cadastrar um segundo modelo de estacas para o projeto, para uso neste bloco. Com menos estacas no bloco, talvez seja possível obter um bloco com menor peso próprio, ou ainda um modelo que permite dimensionar pelo método Biela-tirante, o qual permite adotar um ângulo das bielas inferior a 45º (de no mínimo 34º, que deve ser configurado nas configurações de Dimensionamento - Blocos) e isso pode proporcionar um bloco com menor altura, e consequentemente com peso próprio inferior.