Análise e dimensionamento de fundações superficiais baseados em modelos de escoras e tirantes

Abstract

No âmbito do projeto de estruturas, a utilização do método baseado em modelos de escoras e tirantes para a análise e dimensionamento de fundações superficiais de betão armado será a escolha mais apropriada. De facto, dada a geometria destes elementos e o tipo de solicitação a que estão sujeitos, eles têm de ser classificados como zonas D, ou seja, zonas para as quais é totalmente inapropriada a assunção de distribuições lineares (ou planas) de deformação, de modo que a teoria das peças lineares não é aplicável. O forte desenvolvimento observado nos últimos 30 anos da teoria e métodos ligados a este tipo de modelos, que levaram à sua crescente influência nas especificações técnicas de verificação da segurança das estruturas de betão armado em todo o mundo, pode ser explicado pela conjugação da simplicidade do método, o realismo das hipóteses em que se apoia e a qualidade dos resultados que proporciona. Porém, para as fundações superficiais, particularmente para sapatas isoladas, os habituais modelos planos (2D) de escoras e tirantes são inadequados, dada a natureza espacial (3D) dos campos de tensões e mecanismos resistentes nestes elementos. Assim, nesta dissertação são utilizados modelos espaciais que resultam duma generalização do modelo trapezoidal plano para regiões de descontinuidade parcial; são modelos simples de estabelecer e de analisar. Esta generalização é basicamente a que uma equipa de projetistas apresentou no Fib Bulletin 61 [6]. Na dissertação exemplifica-se a aplicação deste modelo a sapatas de diferentes tipologias, de modo a demonstrar a versatilidade do modelo bem como a simplicidade de aplicação do método. No entanto, é importante frisar que os passos de definição (geometria) e verificação das regiões nodais ainda requerem investigação fundamental e laboratorial. O pré-dimensionamento dos exemplos apresentados baseou-se na verificação da tensão máxima admissível no solo; por esse motivo, as dimensões da sapata poderão em alguns casos não ser as ideais, mas essa otimização não foi investigada na dissertação.

In the scope of structural design, the analysis and design of reinforced concrete shallow foundations (footings) should probably be based on methods based on strut and tie models. In fact, having in view the geometry and loading types of these structural elements, they must be classified as D-zones (discontinuity zones), i.e. regions for which the assumption of plane distributions of deformations is completely inappropriate. The strong development observed in the last 30 years in terms of the theory and methods associated to strut and tie models, which lead to their growing influence in reinforced concrete structural codes all over the world, can be explained by the combination of the method simplicity, the realism of the underlying hypotheses and the quality of the ensuing results. However, for shallow foundations, particularly for isolated footings, the usual 2D strut and tie models are inappropriate because of the intrinsically 3D nature of the stress fields and strength mechanism in these elements. Therefore, in this thesis, spatial models resulting from the generalization of the trapezoidal plane model for partial discontinuity regions are used; these are simple to establish and analyse. This generalization is mostly that established by a Spanish structural design team in Fib Bulletin 61 [6]. The thesis exemplifies the application of the model to different typologies of foundations, in order to illustrate the versatility of the model as well as the simplicity of the method application. However, it should be stressed that the definition of the geometry of the nodal zones and the verification of their safety still require both fundamental and laboratorial studies. The predesign of the presented examples is based on the verification of the allowable bearing capacity of the soil; hence, the footing dimensions may in some of the cases not be the optimal, but this topic lays outside the scope of the thesis.