Estacas são importantes e comuns elementos de fundação utilizados para transmitir as cargas atuantes na superfície a uma certa profundidade do solo. São utilizadas em obras tanto de pequeno porte (onde temos as chamadas "brocas") como as de grande porte. Diversos tipos de estacas estão presentes no sistema e dependem, basicamente, da metodologia de execução, intensidade da carga, tipo de terreno onde se localiza etc. A transição da carga do pilar às estacas é feita por blocos de fundação. Estes blocos, dependendo de suas dimensões (altura especialmente), podem ser tratados como rígidos e/ou flexíveis.

Algumas das características do módulo de estacas do sistema SISEs/TQS são:

  • As cargas que chegam no topo da estaca são transmitidas ao solo através do atrito lateral da estaca e resistência de ponta;
  • Está disponível para capacidade de carga da estaca o método proposto por Aoki-Velloso;
  • Os CRVs/VRHs ("molas" verticais e horizontais) são calculados para cada estaca de cada bloco, ao longo de cada metro das estacas;
  • As estacas podem ter a forma circular e/ou quadrada;
  • Possibilidade de se definir blocos Rígidos ou Flexíveis;
  • Possibilidade de inserção de vigas entre os blocos de fundação para efeitos de travamento;
  • Possibilidade de introdução de vigas de enrijecimento nos blocos flexíveis;
  • Cálculo dos recalques para cada estaca de cada bloco, com consideração do efeito de grupo entre as estacas de um mesmo bloco;
  • Consideração, ou não, da deformação axial das estacas para o recalque total;
  • Emissão de diversos desenhos para verificações: sondagem, plantas, cortes etc;
  • Geração do pórtico espacial agregando a estrutura do projeto estrutural com a fundação discretizada em molas, criando sempre dois modelos: um para CRV mínimo e outro para CRV máximo;
  • Visualização gráfica espacial de todos os resultados do pórtico espacial como solicitações e deslocamentos;
  • Cálculo da capacidade de carga na estaca considerando o elemento estrutural apenas (seção da estaca);
  • Diversos relatórios com os resultados obtidos no processamento do pórtico com super-estrutura e infra-estrutura agregados: sforços finais, deslocamentos finais, envoltórias de esforços, capacidade resistente do solo, capacidade da estaca como elemento estrutural;
  • Dimensionamento e detalhamento das armaduras das estacas circulares e quadradas, através da definição de critérios específicos para este fim.

Sondagem

As grandezas do solo são extraídas através das grandezas obtidas nos ensaios de sondagem do terreno. Os valores do SPT para cada metro da sondagem são informações fundamentais assim como a identificação das camadas do solo e suas propriedades.

Arquivos de Critério de Projeto

Todo o processamento de estacas é governado por critérios de projeto que podem variar de projeto a projeto. O engenheiro define tais características uma única vez que ficará válida para todos os projetos (editáveis posteriormente). Isto fornece uma grande flexibilidade para elaboração dos projetos conforme critérios particulares de cada empresa.

Fornecimento de Dados

Um editor específico permite a entrada de dados de estacas circulares, quadradas e seus respectivos blocos de coroamento.

Editor de Estacas

O editor de estacas circulares e quadradas permite a rápida e fácil edição dos dados de blocos e estacas. Esses editores possibilitam a importação dos elementos lançados no modelador estrutural, quando realizado, e a sua edição pelo engenheiro responsável pela infra-estrutura. Caso seja necessário criar, eliminar, alterar os elementos de fundação, estes editores possibilitam esta tarefa de maneira bem fácil e rápida, sendo auto-explicativos. Possibilitam, também, a visualização dos elementos e as sondagens do projeto, gerando desenhos em planta e corte. As vigas entre elementos e no interior dos blocos também são aqui lançadas, bem como a discretização dos blocos flexíveis.

Vigas entre elementos e no elemento

O sistema permite a definição de vigas fazendo a ligação entre os blocos, por exemplo, para o caso de travamento com vigas alavancas, bem como a definição de vigas no interior do bloco (enrijecimento de blocos flexíveis).

Pórtico : Super-Estrutura + Infra-Estrutura

Após o processamento é possível visualizar os pórticos gerados com a infra-estrutura agregado ao pórtico espacial da estrutura, possibilitando a análise do projeto com toda a super-estrutura e infra-estrutura de forma conjunta e inédita.

Relatórios

Os relatórios gerados pelo processamento permitem a verificação dos resultados de esforços e deslocamentos obtidos ao longo de cada metro das estacas, para cada caso de carregamento. São apresentados, também, relatórios com envoltórias destes esforços. Há relatórios específicos de verificação da capacidade admissível do solo e das estacas como elemento estrutural, permitindo, assim, uma rápida verificação por parte do engenheiro responsável.

Tipos

Os tipos de estacas disponíveis no sistema SISEs/TQS são os seguintes:

  • Brocas (escavadas de pequeno diâmetro);
  • Escavadas de grande diâmetro;
  • Pré-moldadas de concreto;
  • Strauss;
  • Franki;
  • Injetadas;
  • Hélice-continua;
  • Raiz.

As estacas possuem a forma da seção transversal como sendo circular ou quadrada. Para cada tipo de estaca são armazenados no arquivo de critérios de projeto, dados parametrizados que permitem a identificação de suas características conforme o comportamento estrutural desejado, características do solo etc. A geometria dos blocos sobre as estacas acompanha a disposição das estacas em planta, podendo assumir a forma de blocos quadrados e retangulares.

Capacidade de Carga - Solo

As estacas tem a sua capacidade de carga calculada através da simulação do contato entre a estaca e o solo, através do método proposto por Aoki-Velloso(1975), um dos mais conhecidos e utilizados pelo mercado. Para este cálculo é necessário o fornecimento de alguns parâmetros que permitem ao engenheiro reproduzir o comportamento da estaca para cada tipo de solo. A capacidade de carga é obtida para a força normal aplicada de um determinado carregamento, no caso do SISEs este carregamento é o de cargas verticais totais.

Coeficientes de Reação Vertical e Horizontal

O cálculo do recalque na ponta de uma estaca é realizado conforme proposto por AOKI & LOPES (1975), VESIC (1975), MINDLIN (1936), STEINBRENNER (1934). Este cálculo considera o efeito de grupo das estacas no bloco através da distribuição de forças ao longo do fuste e na ponta de todas as estacas do bloco. Os parâmetros do solo ( E e Ni) devem ser fornecidos para cada camada. Com base no recalque em cada ponto da estaca e da reação do solo na estaca, são obtidos os Coeficientes de Reação Vertical (CRVs) ao longo do fuste e daí, os resultados dos vínculos elásticos em cada nó discretizado.

Os Coeficientes de Reação Horizontal são obtidos pela teoria apresentada por WALDEMAR TIETZ que correlaciona o coeficiente de reação horizontal do solo com os valores de SPT. Os vínculos elásticos dependem também da profundidade do ponto da estaca.

Solicitações / Deslocamentos

Os deslocamentos e solicitações nas estacas são obtidos pelo resultado do processamento do pórtico espacial e através da discretização das estacas em um conjunto de vínculos elásticos (CRVs e CRHs), que representam a contribuição de rigidez do contato estaca-solo.

Os esforços são calculados ao longo de toda a estaca, metro a metro, para cada barra discretizada e para cada um dos casos de carregamento definidos no projeto. Já os deslocamentos são obtidos nos nós da estrutura discretizada e para cada carregamento.

Recalques

Os recalques são visualizáveis de 2 maneiras: no sistema de pórtico espacial, onde é possível visualizar os recalques ocorridos nas estacas e o comportamento do pórtico em geral; nos relatórios alfanuméricos, considerando cada uma das direções x, y, z.


Vista dos recalques no edfício


Vista dos recalques nas estacas

Capacidade de Carga - Estaca

O SISEs também verifica a capacidade resistente para a estaca como elemento estrutural. Algumas variáveis controlam esta verificação como tensão nominal na estaca, capacidade de carga global, tensão limite etc.

Armaduras

O SISEs, após a obtenção dos esforços para cada carregamento, realiza o dimensionamento das armaduras para cada estaca. Através de uma série de informações fornecidas pelo engenheiro, o programa verifica a mínima armadura que atenda a todos os casos de carregamento do projeto. Isto é feito até a profundidade da estaca cujas tensões estejam acima de uma determinada tensão limite, definida pelo usuário, fazendo com que a estaca seja armada apenas até a profundidade necessária. Coeficientes de majoração de cargas e minoração de resistências de materiais são fornecidos para cada tipo de estaca.

Limites

O SISEs/TQS está disponível nos pacotes EPP, EPP+, UNIPRO e PLENA da versão 13 do sistema para cálculo estrutural de concreto armado e protendido CAD/TQS com capacidade limitada em função de cada uma destas versões.

Fluxograma Operacional

O fluxograma desenvolvido especialmente para este módulo propicia o entendimento da operação do SISEs/TQS para o dimensionamento de blocos sob estacas em um projeto, considerando a interação solo-estrutura.


Fluxograma para módulo de Estacas do SISEs/TQS