Descrição

Dimensionamento de Sapatas de concreto armado

A planilha, sem sombras de dúvida, é a mais completa do mercado. Possuindo uma interface amigável, cálculos precisos e poderosos e verificações que muitas vezes são negligenciadas pelos projetistas.

Com a preocupação clara com a segurança e documentação dos cálculos, a planilha possibilita calcular sapatas, que seriam calculadas em horas manualmente, em questões de minutos.

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[ep-audio src=”https://engenheiroplanilheiro.com.br/wp-content/uploads/2020/07/Quais-as-vantagens-da-planilha-de-sapata.ogg” title=”Quais cálculos a planilha faz?” description=”Confira nesse áudio!”]

Ela na verdade possibilita mais que apenas calcular. Ela foi desenhada para a otimização das sapatas. O dimensionamento de sapatas é uma tarefa muito corriqueira na prática da engenharia civil e para isso essa planilha foi feita.

Já que a alteração de cada célula pode alterar o custo da sapata, que é calculado automaticamente a cada alteração, é possível definir o melhor dimensionamento visando otimização de custos e facilidade de execução.

Entenda um pouco melhor os cálculos que ela elabora

A planilha elabora um total de 14 etapas de cálculo sequenciais, totalizando 608 linhas de cálculo. Os principais cálculos serão resumidos abaixo para maior entendimento de como funciona a lógica de cálculo.

Cálculos Preliminares

a) Determinação do centro de gravidade da sapata

No caso de pilares retangulares ou quadrados, esse centro geométrico é de simples determinação. Porém, no caso de pilares em L, é necessário utilizar das equações de resistência dos materiais. Em específico, é necessário calcular os momentos estáticos tanto em x, quanto em y para determinar o centro de gravidade.

Alguns artifícios de cálculo como a determinação de um pilar equivalente e de um pilar fictício são utilizados para simplificar casos mais complexos, como os de um pilar em L, por exemplo.

b) Cálculo dos balanços e pré-dimensionamento da área da sapata

É necessário resolver uma equação de segundo grau para determinar os balanços da sapata. Essa solução é feita automaticamente na planilha. Um ponto interessante desse cálculo é entender que o dimensionamento de sapatas é um problema iterativo.

Isso significa o seguinte: para saber a área da sapata, é necessário saber seu peso próprio. Mas para saber seu peso próprio, é necessário saber sua área. Assim, a vantagem de ter planilhas é poder fazer  iterações até se converter os resultados. Isso já é feito automaticamente.

c) Altura da sapata

Um dos critérios mais importantes no dimensionamento de sapatas é a consideração de rigidez. As normas estabelecem uma relação específica entre as dimensões em planta da sapata e as dimensões do pilar equivalente. Uma vez satisfeitas essas relações, é possível determinar uma altura mínima para que a sapata funcione como uma sapata rígida.

Rigidez da Sapata e Tensões Solicitantes

d) Verificação do ângulo da sapata

Dependendo da angulação lateral da sapata, é possível não se utilizar de fôrmas para sua concretagem. Na realidade, se esse ângulo estiver entre 26 a 30° esse critério é satisfeito.

d) Verificação das tensões solicitantes no solo

Essa é uma das principais verificações e que muitos projetos de sapata não consideram apropriadamente. O ponto é bem claro:

Quando não há forças cortantes e nem momento fletor, é muito simples de se determinar a tensão solicitante no solo sabendo-se o esforço normal. Porém, no caso em que há esses outros esforços, a altura da sapata tem um papel fundamental.

A altura da sapata gera um braço de alavanca para os esforços horizontais que atuam no topo da sapata, o que acarreta em um maior momento fletor na base da sapata. Essa hipótese é importante e prevê maiores esforços que muitas vezes são desprezados pelos projetistas.

Excentricidades 

e) Cálculo das excentricidades geradas pelos esforços

Para uma sapata ser de fato considerada trabalhando à compressão, é necessário que as coordenadas das excentricidades caiam no interior do núcleo central de rigidez. Essa verificação é importante e, caso não satisfeita, um efeito de tração fictícia pode ocorrer na sapata, que é naturalmente uma condição não desejável.

Verificações ao Cisalhamento e à Flexão

f) Verificação ao cisalhamento

O bom projeto de sapatas passa por uma boa verificação ao cisalhamento. É necessário saber informações relativas as taxas de armadura, tensão de compressão do concreto, e tensão de cisalhamento resistente do concreto.

De modo a atender a esse critério, a norma estabelece a determinação de uma seção crítica, que está situada entre a extremidade da sapata e a extremidade do pilar fictício. Essa seção é suposta à resistir um esforço cortante VRD1. Assim, quanto maior a seção, maior a resistência.

g) Verificação à flexão

A sapata é calculada com uma viga engastada e livre em termos de armadura de flexão. Entretanto, diferentemente de vigas de seção retangular, a seção da sapata varia – muitas vezes uniformemente – com o comprimento. Assim, o cálculo da posição da linha neutra da seção é, de certa forma, analiticamente complicado.

Desse modo, uma prática comum é a remoção de 15% da resistência de concreto para considerar a perda de seção que a sapata teria ao longo do comprimento. Nessa hipótese, a sapata é calculada como uma seção retangular, porém com resistência diminuída.

Verificações de armadura mínima também são feitas. Critérios de vigas, lajes e também o critério adotado pela TQS são comparados.

Verificações ao Deslizamento e ao Tombamento

h) Verificação ao deslizamento

O tipo de solo influí na resistência ao deslizamento da sapata. Esse critério é extremamente importante quando da ação de ventos e esforços horizontais predominantes. O princípio básico vem do coeficiente de atrito estático e do esforço normal solicitante.

i) Tombamento

Uma relação entre as excentricidades tanto em x quanto em y é verificada para garantir a resistência ao tombamento

Detalhamento Final

j) Detalhamento

O detalhamento é feito para o (a) arranque do pilar, (b) armaduras à flexão paralelas a maior direção, (c) armaduras à flexão paralelas a menor direção.

Comprimentos de ancoragem com dobras são feitos para as armaduras de flexão. Além disso, o cálculo do peso das barras é feito e um detalhamento final é apresentado na planilha.

Em resumo, a planilha resolve os seguintes problemas:

1. Dimensiona sapatas com flexão nos dois eixos principais
2. Dimensiona sapatas sujeitas a força cortante nos dois eixos principais
3. Dimensiona pilares com seção composta e seção retangular
4. Calcula a capacidade de carga de projeto do solo
5. Verifica a viabilidade do uso de sapatas em uma edificação
6. Verifica ruptura por cisalhamento
7. Verifica deslizamento
8. Verifica tombamento
9. Verifica falha por ruptura do maciço
10. Verifica se há a necessidade do uso de fôrmas
11. Verifica o tipo de solicitação que a fundação está sujeita
12. Verifica a rigidez da sapata
13. Elabora o detalhamento das armaduras da sapata
14. Calcula o quantitativo de concreto
15. Calcula o quantitativo de aço
16. Calcula o custo de concreto e aço
17. Calcula a relação kg de aço / m³ de concreto
18. Calcula indices de otimização para cada verificação
19. Possuí memorial de cálculo detalhado de acordo com as normas vigentes.

Acabou?

Na realidade, isso tudo que foi dito acima é apenas para o dimensionamento das sapatas.

A planilha também faz a (i) estimativa da capacidade de carga sabendo-se o SPT e (ii) verifica a viabilidade do uso de sapatas.

Veja alguns vídeos tutoriais

Antes de fechar, deixe-me te mostrar isso …

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