Modelo biela-tirante para blocos

O dimensionamento dos blocos de fundação é uma parte essencial da análise da estrutura. Neste sentido, esta série de artigos busca explicar em maior detalhe quais as considerações do Eberick no tocante aos modelos de dimensionamento dos blocos

• Modelos para dimensionamento de blocos de fundação
• Modelo biela-tirante para blocos (este artigo)
• Modelo de ruptura para blocos

Método de bielas e tirantes

Para blocos cujas estacas estejam eqüidistantes do centro do bloco (ponto de apoio do pilar), o Eberick utiliza o Método de cálculo de Biela – Tirante (Método das bielas). Este método admite como modelo resistente, no interior do bloco, uma “treliça espacial”, para blocos sobre várias estacas, ou plana, para blocos com uma, duas ou três estacas em linha. 

Assim, a carga proveniente do pilar é transmitida pelo seu interior até as estacas por elementos de concreto comprimido. Tais elementos são as chamadas bielas (em vermelho, no modelo abaixo) e comportam-se como se fossem as barras da treliça espacial existente no interior do bloco. Em contrapartida, esta carga, que chega inclinada da estaca, faz com que as estacas se afastem entre si. Isto cria tensões de tração nas barras entres as estacas (em azul), que são chamadas de tirantes.

Dimensões do bloco

Para realizar o dimensionamento dos blocos, o programa verifica vários formatos de bloco até definir um que atenda às solicitações. Ao verificar um formato de bloco, a primeira informação que temos é o número de estacas e o seu espaçamento. Tendo estas informações, podemos calcular a altura útil do bloco.

A altura útil é calculada inicialmente em função do espaçamento entre as estacas e do ângulo de inclinação θ das bielas comprimidas (blocos com mais de 1 estaca). Para manter a consideração de bloco rígido, o valor deste ângulo deve ser de, pelo menos 45º. O ângulo também é limitado a 63º, visto que, acima disto, o modelo de bielas e tirantes passa a não ser mais representativo:

No Eberick 2019, o usuário passa a ter a opção de definir a inclinação que será considerada no dimensionamento do bloco, uma vez que a NBR 6118:2014 passou a especificar que as bielas devem ter ângulo de inclinação com tangente entre 0,57 e 2. Acessando o menu Estrutura - Configurações - Projeto - Dimensionamento - Blocos, é possível adotar valores entre 34° e 63° no item Biela.

Em relação às dimensões do bloco, estas são obtidas em função das dimensões do pilar, do cobrimento mínimo da estaca, dimensões da estaca e do espaçamento entre as estacas, sendo estes parâmetros configuráveis na aba Estrutura - Configurações - Projeto - Dimensionamento - Blocos. Neste ponto ainda é verificado se o formato de bloco pode ser utilizado no tocante à resistência das estacas. Caso alguma delas apresente esforços mais elevados que os que resistem, o modelo é descartado, sendo que o programa passa a adotar um modelo com número maior de estacas.

Determinação dos esforços

O dimensionamento das armaduras dos blocos, feito através do processo das bielas comprimidas, é função da carga vertical total no bloco, sendo esta a soma da parcela de peso próprio, do carregamento vertical do pórtico e da ação do binário de forças devido aos momentos fletores. Este binário, por sua vez, possui dois efeitos:

• Um dos lados do bloco é submetido a uma compressão maior. O dimensionamento é feito de acordo com a biela mais solicitada;
• O outro lado fica menos comprimido. Verifica-se também a ocorrência de tração na estaca.

A consideração destas duas situações críticas deve ser feita para cada combinação de carregamento. Assim, o dimensionamento é realizado para a situação mais crítica de cálculo.

Verificação das bielas

A partir destes carregamentos pode-se realizar a verificação ao esmagamento da biela de compressão, válida somente para os blocos calculados pelo método biela/tirante. A tensão solicitante deverá ser menor que a admissível.

• Tensão solicitante: tensão que solicita a biela de compressão, estando ela junto ao pilar e junto à estaca;
• Tensão admissível: tensão resistida pela biela de compressão, junto ao pilar e também junto à estaca;
• Condição: caso a tensão admissível seja superior à tensão solicitante, a verificação ao esmagamento da biela de compressão estará atendida, apresentando o status Ok.

Devido às variações de esforços ao longo da altura do bloco e da área da seção transversal, a verificação da tensão de compressão deve ser realizada tanto junto à estaca quanto junto ao pilar. As forças  atuantes nas barras comprimidas da treliça são resistidas pelo concreto, enquanto as forças atuantes nas barras tracionadas são resistidas pelas armaduras principais dos blocos. Quando as tensões solicitantes nas bielas forem maiores que as tensões resistentes, o programa aumenta a altura da fundação, de forma a aumentar a capacidade resistente do elemento.

Colaborador: Micheli Maria Mohr Koerich