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Sapatas são fundações que transmitem o carregamento da estrutura ao solo através de tensões na sua base, por isso são chamadas de fundações diretas. São denominadas, também, de fundações rasas pois se situam logo abaixo da superestrutura (ou mesoestrutura).
A concepção de toda fundação compreende o estudo de duas áreas distintas e igualmente importantes: cálculo das cargas atuantes e capacidade de carga do solo. Tendo essas informações para análise é possível escolher o tipo de fundação ideal do ponto de vista técnico e econômico.
CÁLCULO DAS CARGAS:
O projetista precisa conhecer o “percurso” das cargas recebidas e transmitidas, fator determinante para o bom desempenho de uma concepção estrutural. Dessa forma, entender que as lajes recebem o carregamento de uso da estrutura, transmitem esse carregamento (+ peso próprio) para as vigas (dependendo do modelo estrutural) que, por sua vez, descarregam em pilares, é fundamental para conhecer e validar resultados de carregamento que chegam nas fundações. Além, é claro, da ação do vento.
- Carga do pilar – Nd (tf):
É o carregamento vertical transmitido do pilar para as fundações. Em geral, quando se recebe a tabela de cargas gerada por um software de projeto estrutural ou se calcula manualmente, teremos o “Carregamento Característico” (Nk). A partir desse valor calculamos o “Carregamento de Cálculo” (Nd) multiplicando Nk por um coeficiente de majoração ϒ=1,4, portanto, Nd = ϒ×Nk. É comum considerar o valor do peso próprio da sapata e do solo acima dela como um acréscimo de 5% a 10% da carga atuante Nk. - Momentos – Mx e My (tf.m):
São os momentos (força × distância) que chegam da superestrutura, sendo válido o mesmo princípio de “Valor de Cálculo = ϒ × Valor Característico”. Em geral, esses valores dependem da forma de vinculação dos elementos, concepção estrutural, vãos da estrutura, entre outros. Caso os valores de momento sejam apreciáveis, talvez se torne necessário aumentar a área da sapata para que as tensões na borda (Qmáx) não sejam maiores que a admissível pelo solo. Mais adiante este tema será complementado.
- Tensão Admissível do Solo – σadm (kg/cm²):
A Tensão Admissível do Solo se refere a capacidade que o solo tem de suportar cargas. Por exemplo: σadm = 2 kgf/cm² – o solo é capaz de receber até 2kg por centímetro quadrado de área. De maneira geral, o valor da Tensão Admissível é obtido através de métodos semiempíricos baseados no resultado do ensaio SPT (Standard Penetration Test). A NBR 6122:2010, ítem 3.27, destaca ainda que a tensão adotada em projeto atende com coeficientes de segurança predeterminados ao ELU (ruptura do solo) e ELS (recalque).
UTILIZANDO A FERRAMENTA:
- 1º Passo: Método das Tensões Admissíveis (Pré-dimensionamento)
Para essa etapa, precisamos informar o “Carregamento de Cálculo – Nd” e a “Tensão Admissível do Solo – σadm” para estimar a área necessária de base da sapata. As dimensões do pilar que chega (a × b) também são importantes pois ajudam a determinar a largura e comprimento (A×B) mais econômico e eficiente para a sapata. - 2º Passo: Sapata Calculada
Aqui recebemos o pré-dimensionamento de acordo com os valores informados no item anterior. É importante ressaltar que são valores ideais, do ponto de vista técnico, pois os balanços (d (a) e d (b)) serão próximos ou iguais. No entanto, fica como sugestão a análise dos resultados e a realidade de projeto. Pilares próximos uns dos outros ou próximos da divisa pode tornar necessários ajustes das dimensões. - Resultados
Aqui, portanto, faz-se necessário o uso dos conhecimentos técnicos para análise. É importante ressaltar que todos os cálculos foram feitos seguindo critérios normativos e utilizando extenso material bibliográfico. Mais adiante serão expostas as referências utilizadas
No campo “Dimensões”, todos os valores referentes a geometria da peça estão expostos para validação e possíveis ajustes. Cabe informar: as dimensões, em geral, foram arredondadas para múltiplos de 5 cm e sempre para mais.
Para a verificação das excentricidades e tensões no solo é preciso entender a problemática. A atuação de momentos causa deslocamento do centro de carga em relação ao eixo (centro de gravidade) da sapata, conhecido como excentricidades. Isso, de maneira geral, não é um problema. Analisando a região em que se situa o centro de carga é possível encontrar as tensões máxima e mínima nas bordas ou, caso as excentricidades sejam elevadas, não será possível, sendo necessário aumentar a dimensão da sapata. Por questões simplificadoras, o cálculo é feito apenas para o “Centro de Carga” dentro do Núcleo da sapata. Dessa forma, o valor Qmín na borda só poderá chegar ao valor 0 (Zero). No entanto, vale ressaltar que a NBR 6122 permite casos em que a tensão mínima na borda seja menor que 0 (Zero), desconsiderando do cálculo, desde que a sapata esteja com 2/3 de área comprimida. Ver ítem 7.6.2 – Cargas Excêntricas.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Exercícios de Fundações
Elementos de Fundações em Concreto
Fundações: Volume Completo
