Sapatas
Com o módulo "Sapatas", os programas CYPECAD e CYPE 3D podem dimensionar fundações realizadas com sapatas rígidas de betão armado ou de betão simples, isoladas ou combinadas com vários pilares e paredes, com disposição livre. Este módulo também dimensiona os lintéis e as vigas de equilíbrio entre sapatas e, além disso, o CYPECAD dimensiona sapatas contínuas de muros.
Generalidades do módulo Sapatas
As ferramentas para introduzir uma fundação com sapatas localizam-se no:
- CYPECAD
Menu Fundação nos separadores Entrada de vigas ou Resultados - CYPE 3D
Menu Elementos de fundação no separador Fundação
Nos dois programas, o módulo Sapatas pode dimensionar as sapatas (de betão armado ou betão simples) com altura constante ou variável (piramidais) e obter sapatas quadradas, retangulares centradas e retangulares excêntricas (em função da seleção efetuada pelo utilizador e dos esforços atuantes).
No CYPECAD e CYPE 3D é possível selecionar vários pilares e paredes para atribuir uma sapata comum.
Juntamente com o módulo Sapatas, é possível adquirir outro módulo que o complementa permitindo maiores funcionalidades no dimensionamento de sapatas. Trata-se do módulo Cálculo avançado de fundações superficiais, que permite ao CYPECAD e ao CYPE 3D dimensionar fundações com sapatas que incluam recortes na sua geometria e ao CYPECAD fundações com cruzamentos entre lintéis e vigas de equilíbrio.
Geração automática de sapatas, lintéis e vigas de equilíbrio
No CYPECAD o módulo Sapatas permite introduzir automaticamente as sapatas e as vigas de equilíbrio necessárias com umas dimensões iniciais antes de proceder ao seu dimensionamento. O programa identifica quais são as sapatas excêntricas (numa ou nas duas direções) ou centradas e coloca automaticamente as vigas de equilíbrio que devem equilibrar a carga das sapatas excêntricas. Para isso, o utilizador somente indica o ângulo e distância de visão para que o programa detete a disposição de pilares da estrutura.
A geração automática de sapatas e vigas de equilíbrio é bastante útil em estruturas com muitos pilares, pois evita a introdução das sapatas e das vigas de equilíbrio uma a uma. O utilizador pode modificar posteriormente qualquer dos elementos da fundação que considere que se tenha gerado inadequadamente.
O funcionamento da geração automática de sapatas no CYPE 3D é diferente. Aqui, o programa gera todas as sapatas centradas e coloca lintéis entre os pilares que formam o contorno, já que é o mais habitual nas fundações de naves. De forma igual que no CYPECAD, o utilizador pode introduzir manualmente o tipo de sapata que deseje em cada pilar.
Sapatas contínuas nos muros
A fundação dos muros dimensionada pelo CYPECAD pode ser Com vinculação exterior (sapata contínua) ou Sem vinculação exterior (viga de fundação). No caso da fundação do muro ser definida como uma sapata contínua (Com vinculação exterior), o módulo Sapatas dimensiona a sapata a partir de dimensões mínimas, tal como faz com as sapatas dos pilares. Se a sapata do muro for excêntrica, as vigas de equilíbrio que conectam com os pilares interiores, serão dimensionadas para equilibrar a carga da sapata.
Edição de sapatas
Após calcular e dimensionar a estrutura e fundação, o utilizador pode editar qualquer sapata para visualizar o seu dimensionamento e armadura.
O editor de sapatas também permite alterar o tipo de sapata, modificar as suas dimensões e armaduras, e alterar as opções de crescimento durante o dimensionamento da sapata. Após a definição das especificações, é possível no editor verificar ou dimensionar a sapata. Para o dimensionamento, existem três opções:
- Completo
A sapata será dimensionada tendo em conta as alterações realizadas pelo utilizador relativamente ao tipo de sapata, materiais e opções de crescimento. Não se tem em conta as alterações de dimensões ou armaduras que tivessem sido introduzidas. - Dimensões mínimas
O programa verifica a sapata com as dimensões introduzidas pelo utilizador tendo em conta as alterações de materiais que se tenham introduzido. Caso seja necessário, aumenta as dimensões da sapata de acordo com a tipologia selecionada e as opções de dimensionamento introduzidas. Também dimensiona a armadura. - Rearmar
O programa rearma e verifica a sapata sem alterar as suas dimensões.
Cálculo e dimensionamento de sapatas
Na versão 2011 foram efetuadas alterações no cálculo dos esforços das fundações “com vinculação exterior”, quer para sapatas e maciços de encabeçamento de estacas quer para os lintéis e vigas de equilíbrio.
O cálculo atual pode diferir relativamente a versões anteriores. Agora, uma vez obtidas as reações nos apoios dos elementos de suporte da estrutura (pilares, paredes e muros), cria-se um modelo com todos os elementos de fundação “com vinculação exterior” e as suas vigas, representado pela sua matriz de rigidez. A matriz de rigidez, juntamente com as ações definidas como ações sobre a fundação (reações obtidas), é resolvida para obter os deslocamentos e os esforços em todos os elementos, conseguindo-se que as rigidezes de todos eles intervenham e interajam entre si.
Iterações no processo de cálculo
Primeira iteração
O processo de cálculo é iterativo e inicia-se a partir das dimensões iniciais de cada elemento. Na primeira iteração estabelecem-se as seguintes considerações para determinar a rigidez e vinculação de cada tipo de elemento:
- Sapata isolada ou maciço de encabeçamento de estacas
Considera-se como um sólido rígido com um apoio no seu centro, cuja vinculação em cada direção pode ser: um apoio articulado, se liga a uma viga de equilíbrio, ou encastrado, se liga a uma viga lintel ou nenhuma viga. - Sapata contínua sob muro
Define-se como um sólido rígido com um apoio no seu centro, no sentido transversal considera-se articulado, se liga a vigas de equilíbrio e/ou outros muros, e no sentido longitudinal encastrado. - Viga lintel
Considera-se como uma barra com as suas dimensões. Os seus extremos são articulados e ligam ao eixo que passa pelo centro do elemento que trava. - Viga de equilíbrio
Considera-se como uma barra com as suas dimensões. Os seus extremos encastram-se no bordo do elemento que equilibra, nos seguintes casos:- Sapatas excêntricas e nos maciços de encabeçamento de uma e duas estacas, nas direções que necessitam equilíbrio.
- Quando o utilizador marque o equilíbrio manualmente.
Os extremos das vigas de equilíbrio articulam-se nos seguintes casos:
- Sapatas centradas ou maciços de encabeçamento de três ou mais estacas.
- Sapatas excêntricas, e nos maciços de encabeçamento de uma e duas estacas, nas direções que não é necessário equilibrar.
- Quando o utilizador desative o equilíbrio manualmente.
Portanto, a vinculação dos extremos é alterável pelo utilizador e, como acontece com as vigas lintéis, os extremos ligam ao eixo que passa pelo centro do elemento ao qual se une.
- Muros perimetrais e vigas de equilíbrio que ligam transversalmente a uma sapata contínua sob o muro
Esta conjunção de elementos é um caso especial, embora habitual na construção. Observe-se o exemplo da seguinte figura.
- Dada a grande rigidez que apresentam os muros perimetrais transversais (4) e (5), o seu efeito seria enorme comparado com as vigas (1), (2) e (3), pelo que se optou por distribuir o efeito de equilíbrio em partes iguais em todos os elementos que ligam transversalmente, fazendo a média das rigidezes das vigas de equilíbrio e atribuindo essa rigidez média a todos os elementos que equilibram, incluídos os muros, de maneira que todos eles contribuam de maneira equilibrada e equitativa.
Para obter uma análise aprofundada dever-se-ia recorrer à interação solo-estrutura e a um modelo adequado do terreno, mas dada a complexidade dessa análise é razoável recorrer à simplificação mencionada, uma vez que para além disso se está a considerar a sapata rígida, não recebendo torções.
Restantes iterações
O programa realiza mais ou menos iterações dependendo da opção escolhida pelo utilizador:
- Dimensionamento rápido
Uma vez realizada a primeira iteração, dimensionam-se as sapatas e maciços de encabeçamento de estacas com os esforços obtidos, realizando-se uma segunda iteração de cálculo e voltando a dimensionar os elementos, incluindo as vigas. Com esta última geometria faz-se um terceiro e último cálculo e verificam-se todos os elementos, com a possibilidade de ficar algum elemento que não verifique. - Dimensionamento completo
Após a primeira iteração, segue-se iterando até conseguir que se cumpram todos os elementos, exceto se chegar aos limites máximos permitidos de dimensões para cada elemento, em cujo caso alguns não verificará.
Outras funcionalidades
A fim de ter acesso a outras funcionalidades oferecidas pelo programa, existem vários módulos que podem ser encontrados nas páginas “Módulos do CYPECAD” e “Módulos do CYPE 3D“.
