O estudo das fundações em engenharia civil é de grande relevância, uma vez que essas estruturas constituem a base estrutural de praticamente toda edificação. Dentre os modelos de fundações existentes destacam-se as estacas, que são elementos de fundação profundos, cujo mecanismo de transferência de cargas da edificação para o solo ocorre, em muitos casos, basicamente por atrito lateral, que por sua vez depende diretamente da área de contato superficial entre a estrutura e o solo.
Ilustração de uma fundação do tipo estaca
Sistemas ramificados são constantemente observados na natureza e tais sistemas possuem grandes áreas de superfície, como é o caso de árvores que, por exemplo, usam seus sistemas de raízes ramificadas para aumentar sua capacidade de suportar solicitações, como cargas de vento laterais.
Ilustração de árvore e sua raiz
A pesquisa realizada buscou desenvolver um modelo de estrutura ramificada baseado na geometria fractal, a ser proposto como solução alternativa para fundações, com o objetivo de comparar o desempenho dos modelos ramificados com o do modelo padrão de fundação por estaca, sob o ponto de vista de capacidade de suporte, tensões e deslocamentos. Além disso, o estudo buscou comparar, ainda, a eficiência relacionada ao aumento do número de ramos nas estruturas e o impacto gerado pela adoção de diferentes ângulos de ramificação entre ordens consecutivas. Os modelos foram simulados no PLAXIS, um software baseado no método dos elementos finitos, capaz de modelar o comportamento não linear do solo, além de permitir a simulação da interface entre solo e estrutura. As simulações se dividiram em bidimensionais (modelos 2D) e tridimensionais (modelos 3D), realizadas respectivamente no PLAXIS 2D e PLAXIS 3D.
Através das simulações bidimensionais foi possível observar que uma estrutura ramificada comparada a uma estaca padrão de mesmo volume apresenta maior capacidade de carga e menores deslocamentos máximos.
Exemplos de ramificações em 2D
As simulações de estruturas com diferentes angulações mostraram que, até certo ponto, quanto maiores os ângulos de ramificação, maior a capacidade de carga.
Exemplo de diferentes angulações
As simulações tridimensionais realizadas sinalizaram resultados positivos. Apesar das limitações encontradas na representação espacial da geometria ramificada, que devem ser exploradas mais a fundo posteriormente, o modelo ramificado tridimensional apresentou capacidade de carga maior que o modelo convencional em cerca de 15%, e seus deslocamentos para cargas iguais foram cerca de 75% menores que os apresentados pelo modelo convencional. Comprovando a eficiência da utilização da geometria ramificada sob uma perspectiva tridimensional.
Modelo tridimensional da fundação ramificada
Os estudos nos remetem ao conceito de projeto ótimo para uma estrutura ramificada em ambas as óticas, número de ordens ideal e ângulo de ramificação ideal, que pode resultar na concepção de uma estrutura mais eficiente como solução para o sistema de fundações de uma edificação.
Atualmente, buscando aproximar a pesquisa realizada de aplicações práticas, já viáveis de serem executadas em obras reais, estuda-se um modelo de fundação ramificada adaptado sem o ângulo de ramificação, inspirado nas chamadas estacas torpedo, estruturas amplamente utilizadas pela indústria do petróleo para a ancoragem de plataformas offshore.
Estaca torpedo ramificada
O modelo adaptado foi simulado no PLAXIS 3D, e os resultados foram promissores. O modelo ramificado em torpedo apresentou capacidade de carga significativamente superior à de um modelo convencional de mesmo volume, além de deslocamentos verticais reduzidos.
Ficou interessado em saber mais sobre essa pesquisa? Confira nossa página de publicações (abre em nova aba) e clique no artigo Estruturas ramificadas como solução alternativa para fundações (abre em nova aba) dos autores Illa B. Soncin, Lucas T. Souza e Marcelo M. Barros.