Os Métodos de Dimensionamento

Com base nos carregamentos fornecidos e características geotécnicas determinadas para o solo em estudo, as sapatas foram dimensionadas por meio de duas vertentes de raciocínio: método rígido convencional e método dos elementos finitos.

✓ Método rígido convencional.

Segundo o manual Guidelines for Design of Wind Turbines (2011), a fundação deve ser verificada para deslocamento, escorregamento, tombamento e tensão na base, com base nos carregamentos fornecidos pela GE Power and Water.

O procedimento de cálculo e detalhamento estrutural de sapatas rígidas isoladas, baseou-se nos princípios contidos na NBR 6118/2014.

As dimensões em planta da sapata foram obtidas com a verificação das tensões no solo (cálculo geotécnico). A área necessária em planta para a sapata, sendo função da tensão admissível para o terreno, é calculada pela equação a seguir (MONTOYA et al., 2007):

(29)

Em que:

A = área da sapata; r = raio da base da sapata; N = carga de serviço; P = peso próprio;

σadm = tensão admissível do solo.

Qualquer que seja o tipo de sapata, para o cálculo estrutural pode-se supor, a favor da segurança, uma tensão uniforme do terreno, independente do peso próprio da sapata. Portanto, como ação no terreno sob a sapata, considera-se a tensão uniforme, como visto na equação 28 (MONTOYA et al., 2007).

Quando o subsolo apresenta-se a pequenas profundidades um solo de alta resistência ou alteração de rocha em sua formação, optaria-se por uma sapata sobre este solo, com tensão admissível de 350 kPa. Há vários métodos tradicionais de cálculo para definição da tensão admissível do solo, dos quais pode-se destacar Terzagui, Skempton, Meyerholf e etc. É muito comum a utilização de métodos empíricos de cálculo da tensão admissível do solo, conforme apresentado por Alonso (2010), onde a tensão admissível máxima do solo suportada é calculada pela equação 29:

(30)

É importante salientar que foi adotada uma tensão admissível de caráter conservadora, podendo ser justificada pelos seguintes aspectos:

✓ Região com muitas bases eólicas e de difícil acesso, prejudicando a execução e a velocidade das campanhas de sondagem.

✓ Não se tem conhecimento da idoniedade das empresas responsáveis pelas execução das campanhas de sondagem, não sendo possível confiar em todos os dados.

adm

P

N

r

A





=

+

= ².

✓ Não foram realizados ensaios adicionais para aferir parâmetros geotécnicos do solo, que foram obtidos com base nas sondagens e também com as visitas do Engenheiro Geotécnico responsável pela análise tátil visual do solo.

O dimensionamento de sapatas deve ser feito no estado limite último de utilização e serviço, tal que duas condições devem ser satisfeitas:

a) A resistência de cálculo tem que ser maior do que a solicitação interna de cálculo. Para isto, as deformações nos materiais concreto e aço, sob solicitações de cálculo, não devem ultrapassar valores limites. As solicitações internas são:

✓ Resultantes de tensões normais, no caso das sapatas, momentos fletores; ✓ Resultantes de tensões tangenciais, tais como: esforço cortante, punção,

aderência e ancoragem das armaduras. b) Equilíbrio estático da estrutura

Este estado considera os riscos de tombamento e deslizamento das sapatas em condições desfavoráveis, que é o caso das sapatas submetidas a ações horizontais e ações excêntricas.

De acordo com a NBR 6118/2014, as sapatas podem ser classificadas em blocos, sapatas rígidas (incluindo as semi-rígidas) e sapatas flexíveis. Para cargas centradas e solos deformáveis, os diagramas de tensão na interface sapata/solo apresentam o formato conforme apresentado na figura 16.

Fonte: Foundation Data 1,7x-100 79 7m HH 109W4525.

É possível classificar uma sapata levando-se em conta suas dimensões e altura de embutimento conforme apresentadas na Figura 17, aplicadas as seguintes expressões a seguir:

ℎ ≤𝐵−𝑏

3 (Sapata flexível) (31)

ℎ≥𝐵−𝑏

3 (Sapata rígida) (32)

Fonte: Autoria Própria

A tensão na interface da sapata, pelo método rígido, pode ser calculada de duas formas: carga centrada e carga excêntrica.

Para o caso em que a excentricidade e ≤ R/4, tem-se: 𝜎_𝑎 =𝑄

𝐴[1 ± 4. 𝑒

𝑅] (33)

Para o caso onde a excentricidade e > R/4, tem-se:

𝜎𝑎 = 𝑘. 𝑄

𝐴 (34)

Sendo o valor de K obtido na tabela 14:

e/R 0,25 0,30 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,90 K 2,00 2,20 2,43 2,70 3,10 3,55 4,22 4,92 5,90 9,20 13,00 60,00

Fonte: Fundações I (Segunda Edição)

Figura 17 – Sapata em corte

Figura 18 – Sapata Circular carregada excentricamente. Tabela 14 – Coeficientes correção excentricidades.

Para a verificação da sapata quanto a estabilidade local tem-se: a) Tombamento

Momento estabilizante - Mest Momento desestabiliz. - Mdesest 𝐹𝑆 = 𝑀𝑒𝑠𝑡

𝑀𝑑𝑒𝑠𝑒𝑠𝑡 ≥ 1,50 (35)

b) Deslizamento Forças resistentes – Fresist

c) Forças desestabilizantes - Fdesest 𝐹𝑆 = 𝐹𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡

𝐹𝑑𝑒𝑠𝑒𝑠𝑡 ≥ 1,50 (36)

✓ Método computacional (Método dos Elementos Finitos).

Utilizou-se um programa de cálculo tridimensional, baseado no Método dos Elementos Finitos (discretização do elemento de fundação – sapata), sendo modelado o comportamento do solo através de um modelo constitutivo baseado nos coeficientes de Winkler.

Utilizou-se um programa de cálculo tridimensional, baseado no Método dos Elementos Finitos (discretização do elemento de fundação – sapata), sendo modelado o comportamento do solo através de um modelo constitutivo baseado nos coeficientes de Winkler.

Há dois tipos de modelos principais para representar o solo numa análise de interação solo-estrutura: Hipótese de Winkler e meio contínuo.

Neste trabalho foi escolhido o modelo de Winkler, devido a elevada rigidez do solo e da resistência de cisalhamento para este tipo de estrutura. Assim analisando o sistema como um todo, o solo apresenta deformações relativamente baixas, fazendo com que o foco do estudo seja as deformações nas sapatas. O solo foi simulado pelo modelo de Winkler com o desligamento das molas de esforços a tração.

É importante salientar que o solo é resistente e uniforme ao longo de toda extensão (Nspt ≥ 28) e o fato de não realizar-se a discretização do solo como um meio contínuo, ainda nos fornece uma precisão satisfatória ao projeto e um ganho significativo com relação ao tempo de processamento. Pela Hipótese de Winkler, as pressões de contato são proporcionais aos recalques, conforme apresentado na figura 19:

Fonte: Fundações Vol. 01 (Pag.166).

A constante de proporcionalidade kv é também chamada de coeficiente de reação vertical, módulo de reação ou coeficiente de mola. Seu comportamento é típico de molas, explicando assim porque este modelo também é conhecido como modelo molas.

Na inexistência de dados precisos ou simplesmente na falta de ensaios realizados no maciço de solo no qual será construída a obra, é possível se encontrar, na literatura, tabelas com valores típicos para o coeficiente de reação vertical, conforme apresentado no item 5.8. Para este estudo de caso, foi utilizado o valor do coeficiente de reação vertical do solo de 40.000 kN/m³. Devido à simetria da peça em todas as direções, e apresentando carregamentos distribuídos uniformemente ao longo da estrutura, a variação do Kv não apresenta efeitos significativos no dimensionamento estrutural da sapata.