Opções para a modelação de estacas

Artigo técnico

O RFEM e o RSTAB oferecem diferentes opções para modelar estacas. Uma opção é representar as estacas como suportes de valor unitário ou pilares articulados. Outra opção é a modelação realista tendo com consideração do solo através da aplicação de uma fundação elástica de barra. Os dois exemplos seguintes descrevem as opções mais detalhadamente. As temáticas da resistência da base da estaca, da fricção do revestimento da estaca e das camadas do solo não são consideradas neste artigo técnico.

1º exemplo: 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 tem 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.

Figura 01 - Planta de laje de betão sobre nove estacas

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.

Figura 02 - Opções de modelação 1 e 2 sem fundação elástica de barra

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.

Figura 03 - Opção de modelação 3 com fundação elástica de barra

Para introduzir as constantes da mola, consulte o artigo Fundações elásticas de barra 1: translações e a pergunta frequente Como introduzir 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 estão do lado da segurança. A Figura 04 apresenta as forças de apoio das opções 1 e 2 por linhas no modo de visibilidade.

Figura 04 - Forças de apoio das opções 1 e 2 sem fundação elástica de barra, 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 3ª opção novamente por linhas no modo de visibilidade.

Figura 05 - Forças de apoio da opção 3 com fundação elástica de barra, por linhas no modo de visibilidade

2º exemplo: 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 portrês 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 da barra, opção 2 com fundação elástica da barra.

Figura 06 - Opção de isometria 2

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 intersectam 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 aplicada uma fundação elástica de barra, a menos que haja outro reforço horizontal.

Palavras-chave

estaca fundação elástica de barra pilar articulado reforço

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