dimensionamento de blocos de coroamento

7/21/2019 Dimensionamento de Blocos de Coroamento

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DISCIPLINA DE FUNDAÇÕES

PROF. ALEXANDRE NICHEL1

FUNDAÇÕES PROFUNDAS

DIMENSIONAMENTO DE BLOCOS DE

COROAMENTO





1. INTRODUÇÃO

1.1. Definição

Blocos são estruturas de concreto armado que têm a função de distribuir as

cargas dos pilares a elementos de fundações profundas, tais como estacas etubulões.

Figura 1: Fotos de blocos de coroamento.





1.2. Dimensionamento estrutural

Em geral, o dimensionamento estrutural dos blocos é similar ao das sapatas,

diferenciando-se dessas pelo fato de se ter cargas concentradas no bloco devido à

reação das estacas.

O comportamento estrutural e o dimensionamento dependem da classificação

do bloco quanto à rigidez, utilizando-se os mesmos critérios das sapatas. Portanto,

quanto à rigidez, os blocos são classificados como flexíveis ou rígidos.

As dimensões em planta dos blocos sobre estacas dependem, quase sempre,

apenas da disposição das estacas, adotando-se, em geral, o menor espaçamento

possível entre elas. Esse espaçamento deve ser:

- Para estacas pré-moldadas = 2,5 x Øe

- Para estacas moldadas "in loco" = 3,0 x Øe

- Em ambos os casos ≥ 60 cm.

a) Bloco rígido

Segundo a NBR 6118 o comportamento estrutural de blocos rígidos secaracteriza por:

- Trabalho à flexão nas duas direções, mas com trações essencialmenteconcentradas nas linhas sobre as estacas (reticulado definido pelo eixo dasestacas, com faixas de largura igual a 1,2 x Ø

e);

- Cargas transmitidas do pilar para as estacas essencialmente por bielas decompressão, de forma e dimensões complexas;

- Trabalho ao cisalhamento também em duas direções, não apresentandoruptura por tração diagonal, e sim por compressão das bielas,analogamente às sapatas.

b) Bloco flexível

Segundo a NBR 6118 o comportamento estrutural de blocos para esse tipo de

bloco deve ser realizada uma análise mais completa, desde a distribuição dos





esforços nas estacas, dos tirantes de tração, até a necessidade da verificação da

punção.

Neste texto será abordado apenas o projeto estrutural dos blocos rígidos, por

serem mais utilizados que os flexíveis.





2. METODO DAS BIELAS E TIRANTES – APLICAÇÃO AOS BLOCOS RÍGIDOS

Um bloco é considerado rígido se obedecer as seguintes relações:

(na direção a)

(na direção b)

Onde ap e bp são as dimensões do pilar. A altura h deverá ainda ser ≥ 40 cm, ≥

lb e ≥ Øe.

No método das bielas e tirantes, admite-se, no interior do bloco, uma treliça

espacial constituída de:

- Barras tracionadas, denominadas de tirantes, situadas no plano médio dasarmaduras. Este plano é horizontal e se localiza logo acima do plano dearrasamento das estacas;

-

Barras comprimidas e inclinadas, designadas como bielas. Estas têm suasextremidades de um lado na intersecção com as estacas do outro nainterseção com o pilar.





Figura 1: Funcionamento estrutural básico dos blocos (Fusco, 1995).

O esquema geral do modelo de cálculo empregado no método das bielas e

tirantes está indicado na figura 2. A força normal do pilar é transmitida às estacas

pelas bielas de compressão. O equilíbrio no topo das estacas é garantido pela

armadura principal de tração.

a) Ângulo de inclinação das bielas

Além de permitir a ancoragem das barras longitudinais dos pilares, o bloco

deve ter altura suficiente para permitir a transmissão direta da carga, desde a base

do pilar (no topo do bloco) até o topo das estacas, por meio das bielas comprimidas.

Para que isso aconteça de modo eficiente, a inclinação da biela mais abatida

(menos inclinada) não deve ser inferior a 40° (ou 45°). Além disso, ensaios

experimentais indicam que o método das bielas fornece resultados a favor da

segurança para inclinações de biela entre 40 e 55 graus em relação à horizontal.

Portanto, recomenda-se limitar o ângulo de inclinação das bielas em:

40 (ou 45°) ≤ θ ≤ 55°

Vale notar que o ângulo de inclinação da biela depende exclusivamente da

geometria do bloco. Assim, as dimensões envolvidas são:





- A distância na horizontal do eixo da estaca ao ponto de aplicação da forçanormal do pilar (lb);

- A altura útil (d) da armadura principal.





3. CÁLCULO DAS ARMADURAS PRINCIPAIS DE TRAÇÃO

3.1 Blocos sobre 2 estacas

Figura 3: Blocos sobre 2 estacas.

a) Ângulo de inclinação da biela

Devendo ser respeitada a relação: 40 (ou 45°) ≤ θ ≤ 55°.

b) Resultante de compressão na biela e força de tração na armadura principal

Por equilíbrio de forças do nó junto ao topo da estaca temos:





Figura 4: Equilíbrio de forças do nó junto ao topo da estaca.

Onde:

- D é a resultante de compressão na biela junto à estaca;

- T é a resultante de tração de cálculo no tirante;

- Rest é a reação na estaca mais carregada (valor de cálculo para acombinação de ações analisada).

A armadura principal de tração será determinada por:

Devendo-se obedecer a um mínimo de: Ast = 0,0015 x b x h.





c) Verificação das tensões de compressão atuantes na biela

Para evitar o esmagamento da biela diagonal, deve-se limitar as tensões decompressão atuantes na mesma.

Junto ao pilar:

Onde:

- Ab é a área da biela;

- Ap é a área da seção transversal do pilar.

Junto à estaca:

O cálculo é análogo: divide-se a resultante na biela pela área da mesma junto àestaca.

Onde:

- Aest é a área seção transversal da estaca.





As tensões de compressão nas bielas devem estar limitadas junto ao pilar à:

As tensões de compressão nas bielas devem estar limitadas junto da estaca à:


Figura 4: Bloco sobre 3 estacas.






Onde:

- am é a menor dimensão do pilar;




As áreas das bielas junto ao pilar e junto à estaca podem ser determinadaspelas seguintes expressões:

Junto ao pilar:

Junto à estaca:







d) Cálculo da armadura

A armadura principal de tração será determinada por:

Devendo-se obedecer a um mínimo de: Ast = 0,0015 x b x h.

Essa armadura foi calculada admitindo-se as barras dispostas, em planta, nas

direções das bielas, ou seja, nas medianas do triângulo formado pelas estacas.

Entretanto, as barras podem ser dispostas também segundo os lados das estacas

(figura 5).

Figura 5: Disposições possíveis das armaduras em blocos sobre 3 estacas.





Caso as armaduras sejam dispostas segundo os lados do bloco as forças

resultantes T calculadas na direção das bielas devem ser decompostas nas direçõesdos lados do triângulo formado pelas estacas.

Decompondo-se as forças, determina-se a resultante de tração T’ das barras

dispostas segundo os lados:

A área de armadura segundo os lados será determinada, então, utilizando-se o

valor de T’.






Figura 6: Blocos sobre 4 estacas.





Junto ao pilar:





Junto à estaca:



d) Cálculo da armadura

A área da armadura principal de tração segundo as direções das bielas (ou

diagonais do quadrado formado pelas estacas) é calculada por:

As armaduras podem estar dispostas na direção dos lados do quadrado

definido pelas estacas e segundo uma malha, conforme a figura 7:





Figura 7: Disposição de armaduras para blocos sobre 4 estacas.Para as armaduras dispostas segundo os lados dos quadrados formados pelas

estacas, deve-se decompor a resultante T’:

Para as armaduras dispostas em malha, o cálculo é feito analisando-se apenas

uma direção, resultando no mesmo procedimento utilizado para o cálculo de blocos

sobre duas estacas. Entretanto, comprovações experimentais indicam que a

eficiência do arranjo em malha é cerca de 80% da eficiência dos outros dois

arranjos. Por esse motivo, deve-se majorar a área de armadura introduzindo o

coeficiente de eficiência η = 0,8. Em outras palavras, deve-se majorar as armaduras

calculadas em 1/0,8 = 1,25.






Em princípio, nos blocos sobre 5 estacas, as estacas poderiam ser dispostas

em planta de forma que seus eixos formassem um pentágono (cinco lados).

Entretanto, existem outras disposições de estaqueamento mais econômicas, com

menor área ocupada. A forma mais prática e econômica é dispor 4 estacas na

periferia – formando um quadrado ou um retângulo – e mais uma estaca no centro

do bloco. Dessa maneira, o dimensionamento é similar ao caso de blocos com 4

estacas, obtendo-se inclusive expressões análogas.

Figura 9: Esquema para o cálculo de blocos sobre 5 estacas via método das bielas.

A estaca posicionada no centro do bloco (sob o pilar) não modifica a maneira

de dimensionar das armaduras, sendo computada apenas no cálculo da reação

vertical em cada estaca.

O detalhamento das armaduras principais de tração é semelhante ao caso dos

blocos de 4 estacas, podendo-se dispor as armaduras segundo as diagonais,

segundo os lados e em malha.






Para blocos com seis estacas, a disposição da figura 10 é a mais indicada,

devendo a maior dimensão do bloco ser paralela à maior dimensão do pilar.

Figura 10: Estaqueamento recomendado para blocos sobre 6 estacas.

Neste caso, deve-se limitar o ângulo de inclinação das bielas mais inclinadas

do bloco, ou seja, as bielas formadas junto com as estacas dos cantos.

Toda a formulação referente ao dimensionamento das armaduras principais

pode ser deduzida, sem grandes dificuldades, de forma análoga à feita para os

blocos sobre 2, 3, 4 e 5 estacas.

As tensões de compressão das bielas junto ao pilar não devem ultrapassar o

valor de 2,6 x f cd.





4. DETALHAMENTO (NBR 6118)

4.1. Dimensão entre o centro da estaca e a face do bloco

Indica-se que a dimensão entre o centro das estacas e as faces do bloco (c)

devem respeitar as seguintes relações:

C ≥ R + c + Øbarra e C ≥ Øe/2 + 15 cm

Onde:

- R é o raio de curvatura da armadura principal do bloco;

-

c é o cobrimento da armadura principal;- Øbarra é o diâmetro da armadura principal, e;

- Øe é o diâmetro da estaca.

Desta forma, para um bloco de duas estacas poderemos determinar a largura

da base mínima como sendo:

b ≥ Øe + 2 x 15 cm

4.2. Armadura de flexão (NBR 6118)

A armadura de flexão deve ser disposta essencialmente (mais de 85%) nas

faixas definidas pelas estacas em proporções de equilíbrio das respectivas bielas.





As barras devem se estender de face a face do bloco e terminar em gancho

nas duas extremidades. Para barras com Ø ≥ 20 mm devem ser usados ganchos de

135° ou 180°.

Deve ser garantida a ancoragem das armaduras de cada uma dessas faixas,

sobre as estacas, medida a partir da face das estacas.

4.3. Armadura de pele (NBR 6118)

Em peças com grande altura de seção ou com grandes cobrimentos da

armadura principal, deve-se evitar a fissuração superficial excessiva com o emprego

de armadura de pele. Essa armadura é formada por barras de aço paralelas e

próximas às faces dessas peças.

Segundo a NBR 6118:2003, a armadura de pele é obrigatória para peças com

altura de seção maior que 60 cm. A área total dessa armadura, em cada face dapeça, deve ser igual a:

Asl = 0,10 % x b x h (em cada face distribuída em uma malha de estribos)

Onde:

- b é a base do bloco, e;

- h é a altura do bloco.

Em blocos sobre 2 estacas, a largura b é igual à própria largura do bloco. Nos

blocos sobre 3 estacas ou mais, pode-se tomar como b a largura definida pelo

diâmetro da estaca mais o balanço livre em cada lado da estaca:





O espaçamento máximo entre as barras dessa armadura não deve ser superior

a 20cm.

4.4. Armadura de suspensão (NBR 6118)

Embora o modelo de bielas admita que toda a carga vertical seja transmitida às

estacas por meio das bielas principais comprimidas, no comportamento real dos

blocos surgem bielas secundárias entre as estacas. Ou seja, parte da carga vertical

total se propaga para o intervalo entre as estacas - região onde não existe um apoio

direto. Logo, deve-se “suspender” essa parcela de carga por meio de armaduras desuspensão (estribos).

A área total de armadura de suspensão entre duas estacas é calculada por:

para n ≥ 3 estacas.

Onde:

- n é o número de estacas, e;

- P é a força vertical de cálculo (força normal do pilar acrescida do pesopróprio do bloco).

Segundo a NBR 6118, a armadura de suspensão é obrigatória quando o

espaçamento entre os eixos das estacas for maior que 3 Øest.




5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ABNT NBR 6118 – Projeto de Estruturas de Concreto, Rio de Janeiro (2007).

ALONSO, Urbano Rodriguez. Exercícios de Fundações. São Paulo: EdgardBlücher, 1983.

ALVA, G.M.S. Projeto estrutural de blocos sobre estacas. Notas de aula dadisciplina de Estruturas de Concreto. UFSM (2007).

ARAÚJO, J.M. Curso de Concreto Armado. Rio Grande, RS: Dunas, 2003.

FUSCO, P. B. Técnica de armar Estruturas de Concreto. São Paulo: Pini, 1995.

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