Blocos De Coroamento

André Martins

Marina Cavalcanti

BLOCOS DE CONCRETO ARMADO SOBRE ESTACAS

Trabalho apresentado à matéria de Projeto de

Estruturas de Concreto IV, professor João Carlos

Reis. 9º período de Engenharia de Civil da

Fundação de Ensino Superior de Passos. 

SUMÁRIO

1. Introdução 3

2. Armadura de Blocos sobre Estacas 4

2.1 Ancoragem 4

2.2 Armadura Secundária 5

3. Bloco sobre Uma Estaca 6

4. Bloco sobre Duas Estacas 8

4.1 Armadura Principal 9

5. Bloco sobre Três Estacas 10

5.1 Armadura Principal 10

5.1.1 Armaduras Paralelas aos Lados e Malha Ortogonal 10

5.1.2 Armaduras na Direção das Medianas e

Paralelas aos Lados 11

5.1.3 Armadura de Pele 11

6. Bloco sobre Quatro Estacas 12

6.1 Armadura Principal 12

6.1.1 Segundo as Diagonais 12

6.1.2 Anel Periférico 13

6.1.3 Malha 13

7. Referências Bibliográficas 14

 

BLOCOS DE CONCRETO ARMADO SOBRE ESTACAS

1. INTRODUÇÃO

Conforme a NBR 6118/03, item 22.5: “Blocos são estruturas de volume usadas para transmitir às estacas as cargas de fundação, e podem ser consideradas rígidos ou flexíveis por critério análogo ao definido para as sapatas.

No caso de conjuntos de blocos e estacas rígidas, com espaçamento de 2,5f a 3f (onde f é o diâmetro da estaca), pode-se admitir plana a distribuição de carga nas estacas. Para blocos flexíveis ou casos extremos de estacas curtas, apoiadas em substrato muito rígido, essa hipótese pode ser revista.”

De acordo com Dickran Berberian (1999), mesmo sendo dispensáveis, recomenda-se a utilização de blocos de fundações quando o pilar transmite carga a uma única fundação. Também é recomendado o uso de cintas em duas direções para travamento e absorção de esforços vindos de excentricidades e carregamentos horizontais, mesmo que a concepção do projeto estrutural as dispense. No caso de blocos de coroamento sobre um grupo de estacas verticais, submetidos a carga vertical centrada pode-se considerar que todas as estacas do grupo receberão a mesma carga.

Para Berberian (1999), ainda que os blocos sejam considerados flexíveis como uma viga contínua simplesmente apoiada e dimensionados para as condições usuais de momento e cisalhamento, a sua tendência será de romper por esmagamento devido as tensões principais elevadas e por isto alguns autores preferem armá-los como uma gaiola, com ferragem nas três dimensões.

O bloco deve ter altura suficiente para acomodar as ferragens de ancoragem da estaca e do pilar. Deve ser dada atenção especial à ancoragem da armação principal.

2. ARMADURA DE BLOCOS SOBRE ESTACAS

2.1 ANCORAGEM

Através de ensaios experimentais, observou-se que a armadura com saliências escorregaram após a ruptura da biela de compressão. O processo observado foi conforme ilustra a Figura 2.1

a) Barra lisa com ancoragem b) Barra com saliência sem ancoragem

Figura 2.1 - Blocos com e sem ancoragem respectivamente.

Analisando os blocos novamente, foi observado que os que tinham ancoragem maior, Figura 2.2, apresentaram força de ruína maior em aproximadamente 30%, o fato ocorreu porque o trecho vertical trabalhou como armadura de suspensão.

Figura 2.2 - Comprimento de ancoragem maior

Alguns autores recomendam ancoragem reta, desprezando o gancho, pois como a armadura dos tirantes sobre as estacas é fortemente comprimida perpendicularmente ao plano horizontal das estacas, a utilização de ancoragem reta se torna eficiente.

Já outros autores sugerem que o comprimento de ancoragem seja diminuído em 20% desde que confirmada boa condição de aderência produzida pela compressão transversal das barras por conta da reação nas estacas e da força da biela. Sugere também que o comprimento de ancoragem deve ser contado a partir do eixo da estaca.

Segundo a NBR 6118/03 as armaduras devem se estender de face a face do bloco e terminar com gancho nas duas extremidades. Mas em relação a utilização de ganchos na armadura do tirante já foi constatado que a deformação no igual é praticamente zero, ou seja, não exerceu influência na força última.

2.2 ARMADURA SECUNDÁRIA

Sobre a armadura secundária, a NBR 6118/03 recomenda que para o cálculo da armadura secundária, seja adotada 20% da força utilizada para o dimensionamento da armadura principal. Considera-se armadura secundária todas as armaduras usadas na face oposta das tensões de tração.

Com estudos realizados, é possível afirmar que é muito importante a utilização de uma armadura de suspensão, pois quando a armadura é disposta entre estacas, uma parte dos esforços das escoras de compressão atua nessa região e pressiona o tirante para baixo porque falta apoio neste local, surgindo então fissuras na parte inferior do bloco que pode conduzir a uma ruína prematura. E no caso da distância entre estacas ser maior que três vezes seu diâmetro, não se deixa o trecho sem armadura de suspensão, e a armadura deve ser dimensionada para uma força total aproximadamente igual à:

F/1,5n

Onde n é o número de estacas sendo n ≥ 3 e F a carga correspondente do pilar.

3. BLOCO SOBRE UMA ESTACA

No caso de pilares com dimensões próximas à dimensão da estaca, o bloco atua como em um elemento de transferência de carga, necessário por razões construtivas, para a locação correta dos pilares, chumbadores, correção de pequenas excentricidades da estaca, uniformização da carga sobre a estaca, etc. Figura 3.1.

a) Corte b) Planta

Figura 3.1 - Bloco sobre um estaca: esquema de forças e detalhes das armaduras

Berberian (1999), diz não ser necessário nenhuma armação e nem bloco de transição necessário nesse caso. Considerando-se entretanto que:

“- Quase sempre ocorrem excentricidades por erros de locação ou execução;

- Quando o pilar tem dimensões menores do que o da fundação poderá ocorrer concentração de tensões no bloco propiciando a ocorrência de trincas de tração por efeito Lobo Carneiro;

- Quando o pilar é maior que a fundação, poderá ocorrer o fenômeno inverso, trincando a base do pilar, daí a necessidade de armaduras somente no topo superior do bloco;

- Poderá ocorrer esmagamento do concreto no bloco;

- O encaixe das cintas sobre a fundação fica melhor executado com a existência de bloco;

- Poderá um dia, no futuro, haver a necessidade de reforço das fundações que será muito facilitado se existir um bloco para transmitir esforços às novas fundações.”

Pelos motivos acima citados por Berberian (1999), a maioria dos projetistas projetam blocos sobre uma única fundação.

Conforme preconizou Lobo Carneiro, a aplicação de tensões concentradas sobre um maciço de concreto, gera uma tração indireta que precisa ser combatida com armadura de tração.

Berberian (1999) afirma não precisar de armação ou bloco de transição para bloco sobre um estaca, mas, como em toda obra pode ocorrer excentricidades por erros de locação ou mudança no centro de gravidade das cargas aplicadas, a experiência tem mostrado que mesmo podendo-se suprimir os blocos sobre una estaca ou tubulão, deve-se mantê-los.

4. BLOCO SOBRE DUAS ESTACAS

MÉTODO DAS BIELAS

Segundo Berberian (1999), o método das bielas preconiza a formação de uma treliça espacial, e para que isso aconteça é preciso que h ≥ e/2 ou recomendação de Blévot 45° ≤ α ≤ 55° ou de Montoya α = 53°.

Este método admite como modelo resistente, no interior do bloco, uma “treliça espacial”, para blocos sobre várias estacas, ou plana, para blocos com uma, duas ou três estacas em linha.

Assim, a carga proveniente do pilar é transmitida pelo seu interior até as estacas por elementos de concreto comprimido, Figura 4.1. Tais elementos são as chamadas “bielas” e comportam-se como se fossem as barras da treliça espacial existente no interior do bloco.

a) Corte b) Planta

Figura 4.1 - Esquema para cálculo de blocos sobre duas estacas.

Seguindo este critério, a altura mínima do bloco é em função de um ângulo mínimo da biela de compressão igual a 45 graus.

A altura útil é calculada inicialmente em função do espaçamento entre as estacas e do ângulo de inclinação das bielas comprimidas, sendo que este não deve ser menor que 45 graus. Desse modo, no caso de um bloco de 2 estacas, tem-se inicialmente que a altura útil será sempre maior ou igual ao espaçamento das estacas dividido por 2. Portanto, quanto maior o espaçamento entre estacas maior será a altura do bloco.

Em relação às dimensões do bloco, estas são obtidas em função das dimensões do pilar, do cobrimento mínimo da estaca, dimensões da estaca e do espaçamento entre as estacas. Temos que quanto maiores forem estes valores, maiores serão as dimensões do bloco.

Por fim, o dimensionamento das armaduras dos blocos, feito através do processo das bielas comprimidas, é função da carga vertical total no bloco, sendo esta a soma da parcela de peso próprio, do carregamento vertical do pórtico e da ação do binário de forças devido aos momentos fletores. Este binário, por sua vez, possui dois efeitos:

- Um dos lados do bloco é submetido a uma compressão maior. O dimensionamento é feito de acordo com a biela mais solicitada;

- O outro lado fica menos comprimido. Verifica-se também a ocorrência de tração na estaca.

É necessário fazer algumas verificações, de acordo com Berberian (1999).

a) Esmagamento da Biela: Para evitar o esmagamento das bielas comprimidas é necessário que a tensão máxima de compressão na biela, na interface com o pilar e com a estaca, sejam, respectivamente:

f_bp= C/A_bp ≤0,85 fck= (1,4 fck)/1,65 sendo 1,4 adicional (de 40%) segundo Blévot.

f_bc= C/A_be ≤0,85 fck= 1,4/1,65 fck sendo 1,65 coeficiente de segurança (norma francesa).

b) Tensão de Tração no Concreto: A filosofia do cálculo de bloco como treliça introduz a formação de bielas de compressão e de um tirante horizontal de tração, ligando a cabeça das estacas, cuja função é a de resistir à força de tração.

c) Esforço Cortante - Puncionamento: A tensão cisalhante vertical (cortante) deverá atender as seguintes condições:

Q= P/2 . (γ_f γ_c)/(B .h) ≤2f_tk para X/h ≤1

Q= P/2 . (γ_f γ_c)/(B .h) ≤f_tk para 1 ≤ X/h ≤1,5

Q= P/2 . (γ_f γ_c)/(B .h) ≤0,4f_tk para X/h >1,5

Para concreto γ_f γ_c = 1,4 x 1,4 = 1,96

γ_f, γ_c . adm: fatores de majoração de esforços e minoração da resistência do concreto;

f_tk . MPa: resistência de tração característica do concreto como definido acima;

X . cm: distância entre os centros da estaca e da biela, que para o caso de bloco sobre duas estacas x = e/2

4.1 ARMADURA PRINCIPAL

A ferragem principal é horizontal, sobre as cabeças das estacas e se possível dobradas a 60° para dentro das bielas de compressão, de tal forma a trabalhar a tração entre as estacas e a compressão dentro das bielas.

5. BLOCO SOBRE TRÊS ESTACAS

MÉTODO DAS BIELAS

O pilar é suposto de seção quadrada, com centro coincidente com o centro geométrico do bloco, Figura 5.1. O esquema de forças é analisado segundo uma das medianas do triângulo formado.

a) Corte b) Planta

Figura 5.1 - Esquema para cálculo de blocos sobre três estacas.

5.1 ARMADURA PRINCIPAL

Existem vários modos de posicionamento e detalhamento da armadura principal nos blocos sobre três estacas, conforme descrito na sequência.

5.1.1 Armaduras Paralelas aos Lados (sobre as estacas) e Malha Ortogonal

Esta é a configuração mais usada no Brasil. Apresenta a menor fissuração e a maior economia.

Figura 5.2 - Armação segundo os lados.

É sugerido acrescentar uma “armadura em malha” de barras finas, em duas direções.

Figura 5.3 - Armação segundo os lados com malha.

5.1.2 Armaduras na Direção das Medianas e Paralelas aos Lados (armadura de cintamento)

Esta disposição tem a desvantagem da superposição dos três feixes de barras, no centro do bloco. Além disso, ocorre fissuração elevada nas faces laterais do bloco, provocadas pela falta de apoio nas extremidades das barras das medianas, conhecida por “armadura em vazio”.

Figura 5.4 - Armadura de cintamento.

5.1.3 Armadura de Pele

Em cada face vertical lateral do bloco pode ser colocada armadura de pele, na forma de estribos ou simplesmente barras horizontais, com a finalidade de reduzir a abertura de possíveis fissuras nessas faces.

Figura 5.5 - Armadura de pele

6. BLOCO SOBRE QUATRO ESTACAS

MÉTODO DAS BIELAS

Pilar de seção quadrada, com centro coincidente com o centro geométrico do bloco e das estacas.

a) Corte b) Planta

Figura 6.1 - Esquema para o cálculo de blocos sobre quatro estacas.

6.1 ARMADURA PRINCIPAL

Para Berberian (1999), há três tipos diferentes de detalhamento da armadura principal

6.1.1 Segundo as Diagonais

Figura 6.2 - Armação segundo as diagonais

6.1.2 Anel Periférico

Figura 6.3 - Detalhamento em anel periférico.

6.1.3 Malha

Figura 6.4 - Detalhamento em malha.

Segundo Berberian (1999) os três sistemas de detalhamento são equivalentes e consomem o mesmo peso (volume) do aço. O sistema em malhas quadradas é o mais prático, vez que todas as barras são idênticas. O detalhamento de ferragem segundo as diagonais também pode ser armado com barras de mesmo comprimento, mas deixam muitas áreas de concreto sem armação, o que não é bom sob o ponto de vista da fissuração, exigindo armação complementar e consequentemente maior consumo de aço.

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ABNT: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto. Rio de Janeiro, 2003. 221 p.

ALVA, Gerson M.S. Projeto estrutural de blocos sobre estacas. Universidade Federal de Santa Maria, 2007. 23 p.

BASTOS, Paulo S. S. Blocos de fundações. Universidade Federal Paulista, 2013. 82 p.

BERBERIAN, Dickran. Engenharia de fundações. 1999. Editora da UnB/DF. Volume 1.

KOERICH, Micheli M.M. Artigo critérios de dimensionamento de blocos de fundação adotados pelo Eberick. Disponível em:

< http://faq.altoqi.com.br/content/545/1208/pt-br/criterios-de-dimensionamento-de-blocos-de-funda%C3%A7%C3%A3o-adotados-pelo-eberick.html>. Acesso em: 10 de julho de 2014.

SAKAI, Erika. Análise de blocos de concreto armado sobre estacas. Tese (Pós-Graduação em Geotecnia e Engenharia Civil). Universidade Federal de Goiás, 2010. 107 p.