Adebar, Kuchma & Collins (1990)

Adebar, Kuchma & Collins (1990) realizaram ensaios experimentais em seis blocos de fundação sobre quatro e seis estacas. A finalidade do trabalho era de observar o comportamento de blocos dimensionados a partir do modelo tridimensional de bielas e tirantes ou a partir de procedimentos descritos em códigos normativos. As cargas de compressão foram aplicadas de forma centralizada nos pilares.

A Figura 8 apresenta os detalhes dos seis modelos ensaiados e as variações realizadas na geometria dos blocos. O Bloco A foi dimensionado a partir dos procedimentos do ACI 318 (1983). O Bloco B foi dimensionado a partir do modelo tridimensional de bielas e tirantes. O Bloco C possui seis estacas e também foi dimensionado a partir do modelo tridimensional de bielas e tirantes. O Bloco D é similar ao Bloco B, no entanto, possui o dobro de armadura no tirante com a finalidade de observar o comportamento da ruína do bloco sem que ocorra escoamento da armadura do tirante. O Bloco E é similar ao bloco D, porém, possui armaduras distribuídas em malha, além das armaduras concentradas sobre a cabeça das estacas. O Bloco F é similar ao Bloco D, mas foram retirados os “cantos” do concreto, ou seja, este modelo possui formato de cruz. Os blocos possuem altura de 60,0 cm, as cargas foram aplicadas sobre pilares de dimensões 30,0 cm x 30,0 cm e as estacas possuíam diâmetro de 20,0 cm.

Figura 8 - Modelo de blocos ensaiados por Adebar, Kuchman & Collins (1990).

Observou-se que nos blocos com menor quantidade de armadura, ou seja, nos Blocos A e B, as deformações medidas nas barras aumentaram de forma brusca após a

abertura da primeira fissura visível. Fissuras de flexão ocorreram em todos os blocos, sendo elas formadas nas seções entre as estacas (ver Figura 9).

Figura 9 - Panorama de fissuração do Bloco A. (Adebar, Kuchman & Collins (1990)).

O Bloco A rompeu com aproximadamente 83,0% da carga de ruptura teórica, calculada a partir do ACI 318 (1983). A armadura de flexão escoou antes da ruína do concreto, no entanto, o escoamento da armadura desencadeou a ruína do modelo por fendilhamento ocasionada pela expansão das tensões de compressão. Pela Figura 9 é possível verificar um panorama de fissuração em forma de cone, sendo a Figura 9 – caso (a) o panorama de fissuração da região inferior do bloco e a Figura 9 – caso (b) o panorama de fissuração da região superior do bloco.

O Bloco B rompeu com uma carga maior que a carga de ruptura teórica, calculada a partir do método das bielas e tirantes, sendo 23,0% mais resistente que o Bloco A. O panorama de fissuração deste bloco é similar ao Bloco A e, neste caso, ocorreu o escoamento da armadura tracionada (tirante) apenas na menor direção (não escoou na maior direção). As estacas mais próximas ao pilar foram mais solicitadas se comparadas às estacas mais distantes ao pilar. Adebar, Kuchman & Collins (1990) observaram que houve uma pequena redistribuição nas solicitações das estacas, logo após o escoamento da armadura do tirante na menor direção, no entanto, este fenômeno não evoluiu de forma considerável até o momento da ruína do modelo.

No Bloco C, assim com no Bloco B, as estacas mais próximas ao pilar foram mais solicitadas se comparadas às outras estacas. Ocorreu também o escoamento das armaduras do tirante na menor direção, visto que as estacas nessa direção foram mais solicitadas. Neste bloco ainda verificou-se que as bielas de compressão se romperam por fendilhamento, este fenômeno é ocasionado pela ausência de armaduras nas diagonais, que tem como finalidade estancar a propagação rápida de fissuras nesta direção.

Os Blocos D e E romperam antes que a armadura do tirante alcançasse o escoamento, pois os blocos foram ensaiados com o dobro da armadura calculada. O Bloco E se mostrou mais resistente, visto que foram adicionadas armaduras em forma de malha, complementando a armadura dos tirantes. O panorama de fissuração deste bloco é similar ao Bloco A, ou seja, verificou-se um panorama de fissuração em forma de cone.

O Bloco F não apresentou comportamento de blocos sobre estacas, mas sim como duas “vigas” ortogonais com um ponto de intersecção entre elas. O modelo atingiu a ruína quando a menor “viga” rompeu por cisalhamento. Neste caso, não houve o escoamento das armaduras dos tirantes em nenhuma direção.

A ruptura dos modelos foi caracterizada pelo rápido desenvolvimento de fissuras, principalmente nas direções das bielas de compressão. Esta observação está de acordo com os resultados de Blévot & Frémy (1967) e Mautoni (1972), ou seja, grande parte dos blocos sobre estacas rompem por fendilhamento do concreto localizado nas bielas de compressão. Este fenômeno é caracterizado pela ocorrência de fissuras paralelas ao fluxo de tensões de compressão nas bielas, provenientes da ação de esforços de tração perpendiculares às bielas.

Concluíram que os procedimentos do ACI 318 (1983) não condizem com os resultados apresentados pelos modelos experimentais. As indicações do ACI não consideram a altura útil do bloco e ainda despreza a influência da distribuição e do quantitativo das barras de armadura dos tirantes. Outro fator preponderante é que o código normativo considera que o momento fletor aplicado é resistido uniformemente pela largura do bloco, no entanto, os experimentos indicam que as deformações não foram uniformes ao longo da largura. Com isto, a indicação do código de que os blocos podem ser dimensionados pela teoria da flexão (Método das Vigas) é inválida para estes casos.

Ainda afirmam que o Método das Bielas e Tirantes é o mais indicado, pois este método pressupõe que os valores máximos das deformações por compressão ocorrem no centro das bielas, fato verificado nos experimentos. Afirmam ainda que as bielas de compressão não se rompem por esmagamento do concreto, mas sim por fendilhamento ocorrida pela expansão das tensões de compressão e que se deve limitar a resistência do concreto na região das bielas de compressão em fck.

Com essas observações e conclusões, Adebar, Kuchma & Collins (1990) apontam para um modelo refinado de bielas e tirantes, como pode ser verificado na Figura 10.

Figura 10 – Modelos de bielas e tirantes adaptado de Adebar, Kuchma & Collins (1990). (a) Modelo simplificado, (b) Modelo elástico linear em elementos finitos e (c) Modelo refinado sugerido.

A Figura 10 – caso (a), apresenta um modelo simplificado para o Método das Bielas e Tirantes, a Figura 10 – caso (b) apresenta a trajetória de tensões que ocorre no interior de um bloco sobre estacas para um modelo elástico linear em elementos finitos e, finalmente, a Figura 10 – caso (c) apresenta um modelo sugerido pelos autores, onde o mecanismo das bielas e tirantes é mais refinado.

É possível notar na Figura 10 – caso (b) a expansão das tensões de compressão que ocorrem entre o ponto de aplicação e reação das cargas. A partir dessa expansão é possível verificar o surgimento de tensões de tração, transversalmente às tensões de compressão.