Blocos de Fundação: Caracterização e Dimensionamento

52 5 Blocos de Fundação João Crisóstomo dos Santos Neto Introdução Os blocos podem ser caracterizados como um elemento de fundação que apresenta uma base geralmente em planta quadrada ou retangular que têm a função de distribuir as cargas proveniente dos pilares aos elementos de fundações profundas tais como as estacas e os tubulões O dimensionamento dos blocos de fundação é semelhante ao das sapatas diferenciandose pelo fato de se ter cargas concentradas no bloco devido à reação das estacas O comportamento estrutural e o dimensionamento dos blocos dependerá da sua classificação quanto à rigidez tendo como base os mesmos critérios das sapatas Dessa forma os blocos são classificados como flexíveis ou rígidos Objetivos Após a leitura dos conteúdos apresentados nesse capítulo espero que você seja capaz de Verificar a importância dos blocos de fundação Observar o comportamento estrutural dos blocos de fundação Dimensionar um bloco de fundação sobre duas estacas Esquema 51 Blocos de Fundação 511 Comportamento Estrutural dos Blocos 52 Método das Bielas 521 Inclinação das Bielas 53 Bloco de Fundação sobre duas estacas 54 Conclusão 53 51 Blocos de Fundação De acordo com a NBR 6118 2014 os blocos de fundação podem ser caracterizados como estruturas de volume responsável por transmitirem às estacas e aos tubulões as cargas neles resultantes Os blocos podem ser classificados como rígidos ou flexíveis conforme critério idêntico ao das sapatas Figura 23 Blocos de Fundação Fonte Autor 2017 Os blocos de fundação podem ser dimensionados para n estacas A capacidade de carga desse elemento de fundação e a característica do solo influenciarão no número de estacas necessárias No caso de pequenas edificações onde a carga proveniente do pilar é pequena geralmente utilizase uma ou duas estacas Já para as grandes obras é comum que se utilize mais de duas estacas 511 Comportamento Estrutural dos Blocos Ainda de acordo com a NBR 6118 2014 os blocos de fundação rígidos são caracterizados pelo trabalho a flexão nas duas direções mas com trações essencialmente concentradas nas linhas sobre as estacas 54 forças transmitidas do pilar para as estacas essencialmente por bielas de compressão de forma e dimensões complexas trabalho ao cisalhamento também em duas direções não apresentando ruínas por tração diagonal e sim por compressão das bielas analogamente às sapatas A NBR 6118 2014 estabelece que para os blocos de fundação flexíveis deve ser realizada uma análise mais completa que vai desde a distribuição dos esforços junto às estacas dos tirantes de tração até a verificação da punção 52 Método das Bielas O Método das Bielas é caracterizado por admitir no interior do bloco uma treliça espacial que é constituída de barras tracionadas tirantes situado no plano médio das armaduras Esse plano é horizontal e localizase acima do plano de arrasamento das estacas barras comprimidas e inclinadas bielas As bielas tem suas extremidades de um lado na intersecção com as estacas do outro na interseção com o pilar Nos casos de blocos de fundação submetidos a cargas não centradas o método das bielas também poderá ser utilizado desde que se trabalhe nas formulações de equilíbrio de forças com a estaca mais carregada 521 Inclinação das Bielas O bloco de fundação deve permitir a ancoragem das barras longitudinais dos pilares bem como ter altura necessária para que seja possível a transmissão direta do carregamento que vai desde a base do pilar até o topo das estacas através das bielas comprimidas Dessa forma é recomendado que o ângulo de inclinação das bielas obedeça o seguinte critério 40º α 55º 53 Bloco de Fundação sobre duas estacas Primeiramente deve ser verificada a força atuante nas estacas conforme figura a seguir 55 Figura 24 Força atuante nas estacas Fonte Autor 2017 Para determinar a força máxima que atua nas estacas é necessário utilizar a seguinte expressão Remax 102 Nk 2 My e onde 102 coeficiente relacionado ao peso próprio do bloco e do solo sobre o bloco Após calculase a força atuante sobre o bloco Para isso devese multiplicar a força máxima pela quantidade de estacas utilizada e pelo coeficiente de majoração de segurança 14 Nk Remax n Nd Nk 14 56 Em seguida devese calcular a altura do bloco Para que as bielas comprimidas não apresentem risco de ruptura por punção devese obedecer a condição de que 40º α 55º conforme já explicado anteriormente Podese determinar o ângulo α através da seguinte expressão Tg α d e 2 ap 4 onde ap dimensão do pilar e distância entre os centros das estacas Dessa forma tendo como base a variação do ângulo α dMÍN e dMÁX podem ser determinados utilizando as seguintes expressões dMÍN 05 e ap 2 dMÁX 071 e ap 2 Segundo a NBR 6118 2014 é necessário que o bloco de fundação tenha uma altura que seja capaz de permitir a ancoragem da armadura de arranque dos pilares Para isso devemos considerar a tabela a seguir Tabela 09 Comprimento de ancoragem CONCRETO SEM GANCHO COM GANCHO C15 53Ø 37Ø C20 44Ø 31Ø C25 38Ø 26Ø C30 33Ø 23Ø C35 30Ø 21Ø C40 28Ø 19Ø C45 25Ø 18Ø C50 24Ø 17Ø Fonte ABNT NBR 6118 2014 57 É importante ressaltar que a armadura longitudinal vertical do pilar estará ancorada no interior do pilar desde que d lb onde lb comprimento de ancoragem do pilar Quando d lb podemos fazer um colarinho que consiste no alargamento da seção do pilar sobre o bloco no intuito de aumentar a altura para a ancoragem da armadura do pilar Figura 25 Colarinho Fonte Autor 2017 A altura total do bloco será determinada por h d d 58 Sendo que d é igual a d 5 cm ou d aest 2 onde aest π 2 Ø Após a determinação da altura do bloco de fundação devese fazer a verificação das tensões atuantes Para isso iniciase com o cálculo da tensão limite σcdlim 14 Kr fcd onde Kr coeficiente que considera a perda de resistência do concreto ao longo da sua vida útil em função das cargas permanentes Esse coeficiente varia de 09 a 095 Para eliminar a chance de esmagamento do concreto as tensões atuantes nas estacas e no pilar devem ser inferiores à tensão limite Após o cálculo da tensão limite devese calcular a tensão de compressão na biela relativa à estaca σcdest Nd 2 Ae senα² onde Ae área da estaca 59 Após o cálculo da tensão atuante no pilar devese calcular a tensão de compressão na biela relativa ao pilar σcdpil Nd Ap senα² onde Ap área do pilar Após a verificação das tensões atuantes iniciase o cálculo da armação necessária para o bloco de fundação A armadura principal que fica disposta sobre o topo das estacas pode ser encontrada através da seguinte equação As 115 Nd 8 d fyd 2eap Segundo a NBR 6118 2014 as armaduras de laterais pele e superior são obrigatórias em blocos de fundação com duas ou mais estacas dispostas em uma única linha Em casos de blocos com grande volume é necessária uma análise da necessidade de armaduras complementares A armadura superior pode ser determinada como uma parcela de 20 da armadura principal As sup 02 As Já a armadura de pele pode ser obtida através da expressão abaixo As pele 0075 B onde B largura do bloco 60 Exemplificando Dimensione as armaduras de um bloco para um pilar de 25 x 35 cm com carga igual a 750 kN sobre duas estacas com capacidade de carga de 400kN e diâmetro de 35 cm Considere ainda Mx 430 kN My 460 kN Classe de Concreto C25 Diâmetro das barras do pilar 20 mm Kr 095 Determinar as dimensões do bloco Determinar a força máxima que atua nas estacas Remax 102 Nk 2 My e Remax 102 750 2 460 90 Remax 38761 kN Determinação da força sobre o bloco Nk Remax n Nk 38761 2 Nk 77522 kN Nd Nk 14 Nd 77522 14 Nd 108531 kN 52 Determinação da altura do bloco dMÍN 05 e ap 2 dMÍN 05 90 35 2 dMÍN 3625 cm dMÁX 071 e ap 2 dMÁX 071 90 35 2 dMÍN 5148 cm d AEST 5 d 1 5 π 2 Ø d 1 5 π 2 35 d 62 cm d 7 cm adotado h 55 cm adotado d h d d 55 7 d 48cm dMÍN d dMÁX 3625 cm 48 cm 5148 cm OK lb 31Ø lb 26 2 lb 52cm d 48cm lb 52cm NÃO OK Como d lb devese fazer um colarinho que consiste no alargamento da seção do pilar sobre o bloco no intuito de aumentar a altura para a ancoragem da armadura do pilar 53 α 5489º OK Verificação das tensões Tensão limite σcdlim 14 Kr fcd σcdlim 14 095 25 14 σcdlim 2375 kNcm² Tensão atuante na estaca σcdest Nd 2 Ae senα² σcdest 108531 2 π 35² 4 sen5489² σcdest 0843 kNcm² σcdlim σcdest OK Tensão atuante no pilar σcdpil Nd Ap senα² σcdpil 108531 35 45 sen5489² σcdpil 1030 Kncm² σcdlim σcdpil OK 54 Determinação da armadura do bloco Armadura principal As 115 Nd 8 d fyd 2eap As 115 108531 8 d 4348 2 90 45 As 1009 cm² Armadura Superior As sup 02 As As sup 02 1009 As sup 202 cm² Armadura de Pele As pele 0075 B As pele 0075 55 As pele 4125 cm²m 54 Conclusão Neste capítulo foram apresentados os critérios que devem ser considerados no momento do dimensionamento dos blocos de fundação Os blocos de fundação podem ser dimensionados para n estacas A capacidade de carga desse elemento de fundação e a característica do solo influenciarão no número de estacas necessárias Resumo Neste quinto capítulo finalizamos o nosso estudo referente ao blocos de fundação dando destaque à conceituação dos blocos de fundação ao comportamento estrutural dos blocos de fundação ao estudos do método das bielas ao dimensionamento de um bloco de fundação sobre duas estacas 55 Referências ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 6122 Projeto e Execução de Fundações Rio de Janeiro 1996 HACHICH Waldemar et al Fundações Teoria e prática 2 ed São Paulo Pini 1998 751 p MILITITSKY Jarbas CONSOLI Nilo SCHNAID Fernando Patologia das Fundações 1 ed São Paulo Oficina de Textos 2008244 p REBELLO Yopanan Fundações guia prático de projeto execução e dimensionamento São Paulo Zigurate 2008 240 p VELLOSO Dirceu LOPES Francisco Fundações 1 ed São Paulo Oficina de Textos 2010 583 p