EstruturasdeFundacoes Capitulo05

Prévia do material em texto

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, diferenciando-se 
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 
 
5.1 Blocos de Fundação 
5.1.1 Comportamento Estrutural dos Blocos 
5.2 Método das Bielas 
5.2.1 Inclinação das Bielas 
5.3 Bloco de Fundação sobre duas estacas 
5.4 Conclusão 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
53 
5.1 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 utiliza-se uma ou duas estacas. Já para as grandes obras, é comum que se utilize 
mais de duas estacas. 
 
 
5.1.1 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. 
 
 
 
5.2 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 localiza-se 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. 
 
 
 
5.2.1 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 
 
 
 
5.3 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: 
 
 
 
Re,max = 1,02 ∙ 
Nk
2
 + 
My
e
 
 
 
onde: 
 
1,02 = coeficiente relacionado ao peso próprio do bloco e do solo, sobre o bloco. 
 
 
Após, calcula-se a força atuante sobre o bloco. Para isso, deve-se multiplicar a força 
máxima pela quantidade de estacas utilizada e pelo coeficiente de majoração de segurança 
(1,4). 
 
Nk = Re,max ∙ n 
 
Nd = Nk ∙ 1,4 
 
 
 
56 
Em seguida, deve-se calcular a altura do bloco. Para que as bielas comprimidas não 
apresentem risco de ruptura por punção, deve-se obedecer a condição de que 40º ≤ α ≤ 
55º, conforme já explicado anteriormente. 
 
Pode-se 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 = 0,5 ( e - 
ap
2
 ) 
 
 
dMÁX = 0,71 ( 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, deve-se fazer a verificação das 
tensões atuantes. Para isso, inicia-se com o cálculo da tensão limite: 
 
 
σcd,lim = 1,4 ∙ 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 0,9 a 0,95. 
 
 
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, deve-se calcular a tensão de compressão na biela relativa à 
estaca: 
 
 
σcd,est = 
Nd
2 ∙ Ae ∙ (senα)² 
 
 
 
onde: 
 
Ae = área da estaca. 
 
 
 
 
 
59 
Após o cálculo da tensão atuante no pilar, deve-se calcular a tensão de compressão na biela 
relativa ao pilar: 
 
 
σcd,pil = 
Nd
Ap ∙ (senα)² 
 
 
 
onde: 
 
Ap = área do pilar. 
 
 
Após a verificação das tensões atuantes, inicia-seo 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 = 
1,15 ∙ Nd
8 ∙ d ∙ fyd
 (2e-ap) 
 
 
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 = 0,2 ∙ As 
 
 
Já a armadura de pele pode ser obtida através da expressão abaixo: 
 
 
As, pele = 0,075 ∙ 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: 0,95 
 
 
 
→ Determinar as dimensões do bloco: 
 
 
 
 
 
 
→ Determinar a força máxima que atua nas estacas: 
 
 
Re,max = 1,02 ∙ 
Nk
2
 + 
My
e 
 → Re,max = 1,02 ∙ 
750
2
 + 
460
90
 
 
 
Re,max = 387,61 kN 
 
 
 
→ Determinação da força sobre o bloco 
 
 
Nk = Re,max ∙ n → Nk = 387,61 ∙ 2 → Nk = 775,22 kN 
 
 
Nd = Nk ∙ 1,4 → Nd = 775,22 ∙ 1,4 → Nd = 1085,31 kN
 
 
52 
→ Determinação da altura do bloco 
 
 
dMÍN = 0,5 ( e - 
ap
2
 ) → dMÍN = 0,5 ( 90 - 
35
2
 ) → dMÍN = 36,25 cm 
 
 
dMÁX = 0,71 ( e - 
ap
2
 ) → dMÁX = 0,71 ( 90 - 
35
2
 ) → dMÍN = 51,48 cm 
 
 
d’ = 
AEST
5
 → d’ = 
1
5
 ∙
√π
2
 ∙ Ø → d’ = 
1
5
 ∙
√π
2
 ∙35 → d’ = 6,2 cm 
 
d’ = 7 cm (adotado) 
h = 55 cm (adotado) 
 
 
d = h – d’ → d = 55 – 7 → d = 48cm 
 
dMÍN < d < dMÁX → 36,25 cm < 48 cm < 51,48 cm (OK) 
 
 
lb = 31Ø → lb = 26 ∙ 2 → lb = 52cm 
 
d = 48cm < lb = 52cm (NÃO OK) 
 
 
Como d < lb, deve-se 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 = 54,89º → (OK) 
 
 
→ Verificação das tensões: 
 
 
 
- Tensão limite 
 
σcd,lim = 1,4 ∙ Kr ∙ fcd → σcd,lim = 1,4 ∙ 0,95 ∙ 
2,5
1,4
 
 
σcd,lim = 2,375 kN/cm² 
 
 
- Tensão atuante na estaca 
 
 
σcd,est = 
Nd
2 ∙ Ae ∙ (senα)² 
 → σcd,est = 
1085,31
2 ∙ 
π ∙35²
4
 ∙ (sen54,89)² 
 
 
σcd,est = 0,843 kN/cm² 
 
σcd,lim > σcd,est → (OK) 
 
 
- Tensão atuante no pilar 
 
 
σcd,pil = 
Nd
Ap ∙ (senα)² 
 → σcd,pil = 
1085,31
(35 ∙ 45) ∙ (sen54,89)² 
 
 
 
σcd,pil = 1,030 Kn/cm² 
 
σcd,lim > σcd,pil → (OK) 
 
 
 
54 
 
→ Determinação da armadura do bloco: 
 
 
 
- Armadura principal 
 
 
As = 
1,15 ∙ Nd
8 ∙ d ∙ fyd
 (2e-ap) → As = 
1,15 ∙ 1085,31
8 ∙ d ∙ 43,48
 (2 ∙ 90 - 45) 
 
 
 
As = 10,09 cm² 
 
 
- Armadura Superior 
 
 
As, sup = 0,2 ∙ As → As, sup = 0,2 ∙ 10,09 → As, sup = 2,02 cm² 
 
 
- Armadura de Pele 
 
 
As, pele = 0,075 ∙ B → As, pele = 0,075 ∙ 55 → As, pele = 4,125 cm²/m 
 
5.4 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, 2008.244 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.