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Vínculo de apoio das fundações

Assunto

Nesse artigo serão abordados os vínculos de apoio para o nó inferior da fundação (ponto de apoio do pórtico espacial), para os casos engastado, rotulado e deslizante.

Figura 01 – Vínculos de apoio das fundações

Figura 01 – Vínculos de apoio das fundações

Artigo

A análise dos esforços e deslocamentos da estrutura se baseia na modelagem da estrutura através de um pórtico espacial composto por vigas e pilares. Neste processo, os elementos são representados por barras ligadas e conectadas umas às outras através de nós. Dessa maneira, permite-se definir como serão consideradas as ligações entre os nós das barras para a modelagem da estrutura através do controle das vinculações entre os elementos. A adequada definição das vinculações possibilita controlar de forma mais precisa o comportamento do modelo estrutural.

Vínculo de apoio engastado

Nos modelos com este tipo de definição de vínculo, o nó inferior da fundação é restringido tanto ao deslocamento como à rotação em X, Y e Z. Na fundação poderão ocorrer forças horizontais e momentos fletores na base.

Analisando o pórtico unifilar de uma estrutura com o vínculo de apoio Engastado (Figura 1), pode-se observar que existem momentos no nó inferior da fundação transferido pela estrutura (na ordem de 594 kgf.m).

Figura 02 - Diagrama de momentos fletores apresentado pelo Eberick – Vínculo de apoio Engastado

Figura 02 - Diagrama de momentos fletores apresentado pelo Eberick – Vínculo de apoio Engastado

A adoção do vínculo de apoio engastado, em alguns casos, pode conduzir a fundações mais caras que as rotuladas e estruturas mais econômicas devido a possibilidade de ocorrer momentos fletores no nó de base da fundação provenientes da estrutura.

O vínculo de apoio engastado, por considerar no processo de redistribuição dos esforços da estrutura a capacidade do solo em resistir á momentos fletores, é utilizado geralmente nas seguintes situações:

  • Sistemas de contraventamento tais como núcleos estruturais e pórticos rígidos;
  • Estruturas tubulares que combatem a torção e os esforços horizontais gerados pela ação do vento;
  • Estruturas que apresentam deslocamentos horizontais excessivos no topo dos pilares;
  • Nas situações em que a utilização de outro vínculo tornaria a estrutura hipostática, como no caso de lançamento de pilar isolado.

Nestes casos é de extrema importância verificar e garantir a capacidade do solo de absorver tais esforços. Isto deve ser feito através de estudos específicos do solo da região da edificação.

Vínculo de apoio Rotulado

Quando imposta a vinculação do tipo rotulada, o nó inferior da fundação é restringido ao deslocamento em X, Y e Z, mas livre à rotação nos três eixos. Na fundação poderão ocorrer forças horizontais na base, mas não momentos fletores.

Analisando o pórtico unifilar de uma estrutura com o vínculo de apoio Rotulado (Figura 1), pode-se visualizar que não existe momento fletor no nó de base da fundação.

Figura 3 - Diagrama de momentos fletores apresentado pelo Eberick – Vínculo de apoio Rotulado

Figura 3 - Diagrama de momentos fletores apresentado pelo Eberick – Vínculo de apoio Rotulado

Pode-se perceber que em relação ao modelo engastado (figura 01), houve variações na redistribuição dos esforços ao longo de toda estrutura. Os momentos que antes eram considerados sobre o nó da fundação, passam agora a ser absorvidos pela estrutura. Na maioria das vezes, dependendo da concepção de lançamento da estrutura, há um aumento nos momentos positivos e negativos das vigas nos primeiros pavimentos e uma redução nos momentos dos pilares. Essa nova redistribuição de esforços pode não ser tão significante para dimensionamento da viga, mas para o dimensionamento do pilar, quanto menor for o momento fletor em que este se encontra submetido, menor será  a sua taxa de armadura, isso considerando um mesmo esforço de compressão.

Outra consideração, é que devido a não apresentar momentos no nó de base da fundação, pois os mesmos são absorvidos pela estrutura, em alguns casos, pode resultar em um menor custo com fundações e um maior custo com a estrutura.

O vínculo de apoio rotulado é geralmente adotado nas seguintes situações:

 

  • Solos com baixa capacidade de suporte;
  • Situações em que se tem poucas informações referentes as características do solo;
  • Estrutura com poucos deslocamentos horizontais ou possíveis de serem controlados através do enrijecimento dos pórticos da estrutura; 

 

Vínculo de apoio deslizante

No vínculo deslizante, o nó inferior da fundação é restringido ao deslocamento em Z, mas livre nas direções X, Y e à rotação nos três eixos. Na fundação, não ocorrem esforços horizontais nem momentos fletores, apenas esforços axiais.

Na situação de definir todos os vínculos da fundação como deslizante, a estrutura estará livre aos deslocamentos horizontais, caracterizando como estrutura hipostática. Considera-se uma estrutura hipostática, quando o número de incógnitas é menor que o de equações fornecidas pela estática. Isto significa que a estrutura não está restringida a movimento de corpo rígido. 

Maiores informações recomendamos a leitura do artigo complementar Cargas horizontais nas fundações.

Deslocamentos da estrutura

Conforme o tipo de vínculo de apoio adotado para a estrutura, ocorrem variações na distribuição dos esforços ao longo de toda o modelo. Com isso os deslocamentos também apresentam um comportamento diferente, dependendo do tipo de vinculação adotado. Comparando um mesmo edifício de 9 pavimentos com o vínculo de apoio engastado e rotulado, respectivamente,  observa-se deslocamento nos pilares do último pavimento na ordem de 1,87 cm para o modelo de vínculo engastado e 2,71 cm para o rotulado.

Figura 5 – Comparação do deslocamento de uma estrutura com vínculo de apoio engastado e rotulado, respectivamente.

Figura 5 – Comparação do deslocamento de uma estrutura com vínculo de apoio engastado e rotulado, respectivamente.

tag(s): análise, Fundação, Vínculos

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