Mensagem extraída da Comunidade TQS

Prezado _______ e Colegas
Pela mensagem que você escreveu e tantas outras que já recebeu, quase que com certeza, você deve estar confuso na elaboração dos seus projetos. Você disse que “até começar a utilizar o TQS, não sabia da necessidade da utilização de coeficientes de molas nas fundações”.

Vamos tentar entender qual é realmente o problema.

Em primeiro lugar, é importante ressaltar que qualquer software que se utilize, este é apenas uma ferramenta de trabalho que o engenheiro dispõe. Daí a primeira duvida sua: se na escola eu não aprendi assim, como é que na utilização de um software eu tenho que aplicar as molas no meu modelo? Garanto que a sua escola deu todos os ensinamentos corretos a você, talvez pela exigüidade de tempo no curso nem todos
os casos particulares de projeto tenham sido abordados.

Uma das prioridades na elaboração de um projeto estrutural é a obtenção dos esforços solicitantes, isto é, quais os momentos fletores, forças cortantes e forças normais estão atuando na estrutura. Se soubermos onde estão as regiões tracionadas na nossa estrutura, basta quantificá-las, dimensioná-las e efetuar o detalhamento das armaduras. A dúvida principal então é: quais são os esforços? Embora esta tarefa seja, a primeira vista, simples, em determinados casos esta obtenção não é tão trivial.

Normalmente, o projeto estrutural e o projeto das fundações são elaborados separadamente. O eng. estrutural calcula as cargas nas fundações, com os apoios engastados, e o eng. de fundações dimensiona-as isoladamente. Este é procedimento que funciona na maioria dos casos mas precisa ser melhorado.

Você disse que projeta edifícios de pequeno porte, geralmente é necessário apenas uma ou duas estacas na fundação. Vamos então analisar alguns casos deste tipo no modelo estrutural global com o enfoque nos sistemas CAD/TQS.

Caso 1

Estrutura Real

Como a estaca ainda não participa do modelo, o tipo de apoio padrão do sistema é o engastamento perfeito. O modelo estrutural ficou assim:

Modelo Estrutural

Desta forma o diagrama de momento fletor no pilar, obtidos do processamento do pórtico espacial terá a condição de engastamento no apoio. Evidentemente que a reação da estrutura no apoio terá três componentes: carga vertical, carga horizontal e
momento fletor.

Por ocasião do dimensionamento do bloco de fundação sobre uma estaca submetido a estes três componentes ocorrerá um problema: por hipótese básica, estaca convencional única não tem capacidade para absorver momento fletor e, portanto, o bloco fica impossível de dimensionar. Por esta razão, no sistema CAD/TQS aparece uma mensagem de erro. Note que esta mensagem que apareceu no sistema CAD/TQS
ajuda ao usuário sobre eventuais problemas no dimensionamento.

Soluções possíveis para você resolver este caso:

a) Articular o apoio. Desta forma o momento fletor no apoio vai desaparecer. As reações de apoio serão apenas a força normal e a força horizontal. É uma solução não muito aconselhável para as estacas cravadas e de pouca capacidade, pois existirão excentricidades construtivas e a estaca deverá resistir a um pequeno momento fletor e, também, como a força horizontal vai ser absorvida pela fundação? Mais um ponto importante: a articulação foi feita no modelo e na realidade prática, como fica? Algum momento vai ser transmitido a estaca que não tem capacidade para tal. Esta solução não é aconselhável.

b) Projetar também a estaca para resistir às solicitações do pórtico espacial. Se você também dimensionar a fundação (e incluir o projeto de fundações juntamente com o seu estrutural), detalhar as armaduras da estaca e garantir que ela vá resistir aos esforços de momentos fletores e de forças verticais e horizontais, o projeto vai ficar perfeitamente adequado. Mas você tem que detalhar toda a estaca, geralmente as estacas de pequeno diâmetro e as pré-moldadas não atendem a este requisito. Normalmente, esta solução é boa para obras maiores, para obras de pequeno porte esta solução não é econômica. Fica apenas um problema a ser resolvido: a estaca não pode ter um deslocamento horizontal razoável e/ou uma rotação significativa pois, senão, os esforços do pórtico espacial sofrerão alterações indesejadas. Note então que o problema não é de solução trivial. Quando a estaca é projetada para um solo de baixa resistência, o efeito na superestrutura devido ao funcionamento do conjunto pilar/estaca é importante e não pode ser desprezado.

c) Colocar coeficientes de mola no seu apoio da estrutura simulando a estaca e o terreno. Não é uma solução perfeita, mas se aproxima mais da realidade. Se você calcular um vínculo elástico que simule o deslocamento horizontal da estaca e um vínculo elástico que simule a rotação da estaca, basta introduzir estes valores no pórtico espacial do CAD/TQS que você já obterá as solicitações simulando a estaca no modelo. Vou já adiantando que este cálculo de coeficiente de mola não é muito trivial, especialmente para a translação horizontal. Também neste caso, a estaca deverá ser dimensionada e detalhada para os esforços resultantes do processamento. Com os vínculos elásticos adequados, em geral, os momentos fletores que aparecem nas reações de apoios são pequenos e podem ser desprezados no cálculo do bloco. Novamente neste caso, a solução é boa para estacas sem grandes deslocamentos e/ou rotações para não inviabilizar os resultados do pórtico. Ainda assim, ficamos com o problema do cálculo dos coeficientes de molas.

Modelo Estrutural

d) Alterar o bloco para duas estacas em linha

Estrutura Real

Modelo Estrutural

Com o bloco de duas estacas, o momento fletor vai ser absorvido por um binário de tração/compressão nas estacas. A força horizontal da reação de apoio tem que ser estudada se for significativa. Para equacionar o equilíbrio da força horizontal, basta aplicar um coeficiente de mola simulando o solo ou liberar a translação do apoio. O ideal seria calcular o coeficiente de mola adequado mas isto traz algumas dificuldades. Em geral, se o terreno for bom, e não um terreno de baixíssima capacidade, basta aplicar um coeficiente de mola de 100 tf/m que o problema fica resolvido. Note aqui que, mais uma vez, o coeficiente de mola aparece para equalizar o comportamento das estacas e da estrutura embora sem muito efeito nas
solicitações.

e) Introduzir uma viga travando o bloco

Estrutura Real

Modelo Estrutural

Neste caso, o momento fletor na base do pilar vai se equilibar, em parte, com o momento fletor no extremo da viga. Mesmo assim, pode aparecer algum momento fletor significativo como reação de apoio. Este momento, embora reduzido, não vai ser absorvido pela estaca e voltamos aos casos anteriores. Neste caso, ou se articula a base da estrutura ( atenção: não é articulação do pé do pilar, ver figura abaixo) ou se introduz um coeficiente de mola a rotação baixo (da ordem de 30 tfm/rad). Esta viga, geralmente, resolve o problema das forças horizontais pois ela também vai
trabalhar a tração/compressão.

Modelo Estrutural

f) Conclusões

Este problema, aparentemente trivial, não é de solução fácil se desejarmos uma solução com maior precisão. Geralmente, para edificações de pequeno porte com vãos não muito grandes, as soluções mais indicadas são as apontadas nos itens (d) e (e), selecionando a que for mais econômica. Cuidado: todos os conceitos aplicados aqui valem para as rotações nas duas direções.

Convém recordar que o ideal seria que os momentos fletores e as forças horizontais fossem absorvidos, caso de cargas verticais, apenas pela superestrutura. Assim, a fundação iria trabalhar apenas com cargas verticais.

O suporte técnico da TQS, quando consultado sobre este assunto e sem conhecer o problema real do cliente recomenda a utilização de molas (vínculos elásticos) para resolver o problema, esta é a melhor solução técnica, a mais adequada.

Ainda na sexta-feira passada eu estive num renomado escritório de projetos de fundações. Lá tive a oportunidade de tomar contato com diversas plantas de cargas nas fundações enviadas por projetistas estruturais. A maioria delas trazia, para o carregamento de carga vertical isolado, apenas a força na direção Z (vertical), omitindo os momentos fletores e as reações horizontais correspondentes. Note então como o problema desta interface entre a estrutura e a fundação não está bem equacionado. Felizmente as demais combinações de carregamentos conforme prescrições da norma de ações e segurança estavam assinaladas.

Propositadamente, não equacionei aqui o cálculo dos coeficientes de mola para estacas (rotação e translação), pois para este porte de edificação eles não tem significado relevante.

Para tentar resolver este problema de maneira mais adequada e prática, é que estamos disponibilizando ao mercado um sistema computacional para interação soloestrutura. Mais detalhes nos jornais TQS News de números 22 e 23. Neste caso, toda a estrutura da fundação é discretizada junto com os elementos da superestrutura. O solo é considerado através dos coeficientes de mola nos elementos de fundação a partir das sondagens do terreno. Estes coeficientes de mola são, automaticamente, calculados pelo sistema. A solução final das solicitações já considera a compatibilização de toda a superestrutura e a fundação.

Apenas para exemplificar, vou apresentar os conceitos do SISEs para o caso de um pilar apoiando-se em uma estaca que tem a capacidade de absorver momentos fletores (apenas o cálculo de solicitações). Dados de entrada: superestrutura, tipo da estaca e suas dimensões e SPT do terreno para cada camada.

Saudações
Nelson Covas, São Paulo - SP