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1. Introdução
Os blocos sobre estacas são um importante elemento estrutural que
tem por finalidade transmitir as forças atuantes da superestrutura para
a infraestrutura. Segundo Fusco [3], o comportamento estrutural dos
blocos sobre estacas deve ser tal que os mesmos sejam “suficiente-
mente rígidos para que sua deformabilidade não afete as tensões atu-
antes na superestrutura, nem no próprio terreno da fundação”.
Nas últimas décadas, houve um grande avanço dos estudos nesta
área, com o desenvolvimento de modelos de bielas e tirantes para
a descrição do comportamento estrutural e para o dimensiona-
mento de blocos sobre estacas. A partir da década de 1980, o
avanço dos programas de elementos finitos e da extensometria
possibilitou um conhecimento mais profundo das forças atuan-
tes no interior da estrutura dos blocos e, dessa forma, permitiu
o desenvolvimento de modelos de cálculo menos conservadores
e mais realistas. Atualmente, pode-se analisar o comportamen-
to dos blocos em detalhes, com observação do fluxo de tensões
atuantes nas bielas e nos tirantes, o panorama de fissuração, as
deformações plásticas, dentre outros aspectos relevantes.
Os estudos nesta área tem comprovado que o modelo de bielas
e tirantes é o que melhor representa o comportamento estrutural
dos blocos sobre estacas. A teoria atual é fundada na teoria de
bielas e tirantes e é resultado dos trabalhos pioneiros de Blévot
e Frémy [4], cujo eixo central foi a observação de que a ruína da
maioria dos modelos de blocos sobre estacas ocorria por ruptura
frágil através do fendilhamento do concreto.
As pesquisas deAdebar et al. [5] e de Miguel [1] comprovaram que a
ruína dos blocos ocorre por fendilhamento em função da expansão
das tensões de compressão (aumento da fissuração com ruptura
do concreto) com posterior escoamento da armadura dos tirantes.
Delalibera [6], a partir de análise estatística através da variância,
determinou que as quatro principais variáveis que influem no com-
portamento do fluxo de tensões das bielas comprimidas e na capa-
cidade portante dos blocos são as dimensões da seção transversal
do pilar e da estaca, a excentricidade da ação vertical aplicada e a
altura do bloco. Além disso, a partir de modelos experimentais e nu-
méricos, [6] comprovou que o comportamento estrutural dos blocos
é influenciado pela seção transversal do pilar e das estacas, pelo
ângulo de inclinação das bielas, pela altura do bloco e pela existên-
cia de armadura complementar contra o fendilhamento.
Sobre o dimensionamento de blocos sobre estacas, a maioria das
normas recomenda a utilização de modelos de vigas-parede, fle-
xão ou treliça. No entanto, os blocos sobre estacas são estruturas
de volume que apresentam zonas de descontinuidades devido a
não dissipação das perturbações localizadas, às quais não se apli-
ca a hipótese de Bernoulli de que seções planas permanecem pla-
nas, mas sim o Princípio de Saint Venant. Nos blocos as tensões
não são uniformes devido à concentração de tensões nas regiões
nodais superior e inferiores, o que gera uma zona de descontinui-
dade (região D) em todo o elemento estrutural. De acordo com
Fusco [3], o método das bielas e tirantes deve ser adotado para “o
tratamento elementar da distribuição das tensões nas zonas de re-
gularização” em elementos estruturais submetidos ao Princípio de
Saint Venant. Dessa forma, as teorias de vigas e modelos lineares
não reproduzem corretamente o comportamento dos blocos sobre
estacas sob a ação de forças externas.
Su e Chandler [7] observaram a falta de um modelo de dimen-
sionamento padrão definido. Os autores afirmam que, nas duas
últimas décadas, o modelo de bielas e tirantes tem sido um dos
métodos mais populares e racionais de análise de estruturas não
submetidas à flexão. E que as principais diretrizes de cálculo fo-
ram fornecidas por normas de diversos países tais quais a cana-
dense [8], a australiana [9], a neo-zeolandeza [10] e o código in-
ternacional CEB-FIP. No código CEB-FIP:1973 [11] são descritos
procedimentos para dimensionamento de blocos sobre estacas.
No
fib-Model
:2010 [12] são definidas as regras para o dimensio-
namento de estruturas ou elementos com zonas de descontinuida-
des a partir da utilização de modelos de bielas e tirantes.
Mas, a despeito disso, cada uma das normas listadas acima possui
os seus próprios fatores de segurança em relação às ações e aos
materiais, além de diferentes metodologias de dimensionamento.
Vale lembrar que a ABNT NBR 6118:2007 [13] apenas faz menção
pela preferência do modelo tridimensional de bielas e tirantes em
relação aos modelos lineares e não tridimensionais. Os modelos
mais empregados de dimensionamento no Brasil, de acordo com
Ramos [14], são os de biela-tirante e o CEB-FIP.
Clarke [15] observou que a ancoragem das barras dos tirantes
foi influenciada positivamente pela ação confinante das bielas, o
que dispensaria a necessidade de utilização de ganchos. Os es-
tudos realizados por Rausch et al. [16], Miguel [1] e Delalibera
[6] demonstraram que a força atuante no tirante não é constante,
apresentando grande redução na região nodal inferior. E a defor-
mação na extremidade do tirante é próxima de zero. Buttignol [17]
demonstrou, através de análise numérica em blocos sobre duas
e três estacas, que as tensões na armadura principal dos tirantes
não são constantes ao longo das barras de aço e que na extre-
midade das barras de aço, as tensões são de baixa intensidade,
dispensando a necessidade de utilização ganchos de ancoragem.
Acrescente-se que a aderência não é um fator determinante para a
resistência última dos blocos, visto que o escorregamento da arma-
dura ocorre após a ruptura do bloco. Os resultados experimentais
de [15] mostraram que o escorregamento das barras de aço sem
ganchos e com mossas se deu somente após a ruptura da biela.
Já a armadura de fendilhamento contribui para o aumento da força
última resistida pelos blocos e para o controle de fissuração. Buttignol
[17] analisou modelos numéricos com armadura de fendilhamento
(barras de aço dispostas perpendicularmente às bielas com a função
de absorver as tensões de tração e resistir ao fendilhamento do con-
creto) proposta por [6], demonstrando o aumento de resistência do
bloco, que apresentou deformações intensas na seção que atravessa
as bielas, resultado da atuação de forças de tração no local.
1.1 Justificativa
Apesar dos avanços obtidos nas pesquisas nas últimas décadas,
resta uma análise mais profunda sobre a influência da resistência
característica à compressão do concreto no comportamento estru-
tural de blocos sobre estacas. Há poucas referências sobre este
assunto que se concentram em análises de vigas.
Segundo Delalibera [6], o aumento da rigidez dos blocos provoca
maior capacidade resistente do mesmo. E a ruptura para blocos
rígidos se dá por fendilhamento seguido do esmagamento das bie-
las. Dessa forma, é preferível aumentar a altura do bloco a mudar
a resistência à compressão do concreto.
Através de modelagens numéricas de blocos sobre três estacas uti-
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IBRACON Structures and Materials Journal • 2013 • vol. 6 • nº 1
T. E.T. BUTTIGNOL | L.C. ALMEIDA