Exemplo 1: Laje de betão sobre nove estacas
Uma laje de betão de 10 x 10 metros com uma espessura de 180 mm é apoiada por nove estacas, sendo que quatro estacas (apoio nodal 5) incluindo a estaca central apenas assumem forças na direção Z. Duas das estacas restantes têm uma inclinação de 10° em torno do eixo X (apoio nodal 6), outras duas têm uma inclinação de 10° em torno do eixo Y (apoio nodal 7) e uma estaca tem uma inclinação de 10° em torno dos eixos X e Y (apoio nodal 8), de tal forma que as forças horizontais podem ser absorvidas nas direções correspondentes e o sistema se torna estável.
O sistema é carregado com uma carga de superfície de 4,5 kN/m² e duas cargas de linha, cada uma com 1,0 kN/m.
Na primeira opção de modelação, as estacas são apresentadas com apoios rígidos simples e inclinados de valor unitário, enquanto que na segunda opção, as estacas são modeladas como vigas com ligação articulada. Estas duas opções diferem apenas na rigidez das vigas.
A terceira opção de modelação corresponde à segunda – aumentada por uma fundação elástica de barra nas direções y e z locais de cada barra, que simula a elasticidade do subsolo correspondente.
Para introduzir as constantes da mola, consulte o artigo Fundações elásticas de barra 1: molas de translação e a FAQ Como é que se introduzem fundações elásticas de barra?.
As diferenças das três opções ficam patentes nos resultados. Como já foi mencionado acima, basicamente não existe diferença entre as opções 1 e 2 no que diz respeito às forças de apoio, por isso os resultados também correspondem entre si. Com o carregamento dado, ocorrem nas estacas tanto esforços de tração como de compressão, que conduzem ao facto de a carga ser distribuída de forma relativamente irregular e ao mesmo tempo com em valores relativamente elevados. No que diz respeito à força de apoio máxima, ambas as opções são as mais seguras. A Figura 04 apresenta as forças de apoio das opções 1 e 2 por linhas no modo de visibilidade.
Recomenda-se a introdução de uma fundação elástica de barra para reduzir as forças de apoio e distribuí-las de forma mais uniforme. As forças de corte e os momentos de flexão resultantes são relativamente baixos, pelo que apenas as forças normais que ocorrem e as forças de apoio serão aqui consideradas. A Figura 05 apresenta as forças de apoio da terceira opção novamente por linhas no modo de visibilidade.
Exemplo 2: Estrutura de aço sobre três estacas
Uma estrutura em aço constituída por duas vigas em aço ligadas rigidamente entre si com 3 m de comprimento e uma consola de 1 m de comprimento é carregada no final da consola através de três cargas individuais em todas as três direções. Os apoios são formados por três estacas com inclinações de 10° cada uma em torno do eixo X e do eixo Y.
Duas opções de modelação são consideradas aqui: opção 1, sem fundação elástica de barra, opção 2, com fundação elástica de barra.
Se considerar o sistema estrutural no plano XZ e no plano YZ, irá rapidamente reparar que a estrutura é instável devido às linhas efetivas das forças das estacas furadas que se intersetam num ponto comum.
Portanto, é necessário aplicar uma fundação elástica de barra aqui.
Resumo
Ao modelar estruturas com estacas, as opções com e sem fundação elástica de barra fornecem resultados diferentes. A opção sem fundação elástica da barra pode ser considerada desfavorável em relação às forças normais das estacas, enquanto a opção com fundação elástica de barra geralmente é mais económica. No caso de estruturas que não estejam suficientemente reforçadas, tem de ser utilizada uma fundação elástica de barra, a menos que haja outro reforço horizontal.
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