Análise da eficiência de fundações ramificadas

Abstract

O estudo das fundações em engenharia civil é de grande relevância, uma vez que tais elementos constituem a base estrutural de praticamente toda edificação. As estacas são elementos de fundação profundos, cujo mecanismo de transferência de cargas ocorre, em muitos casos, quase totalmente pelo atrito lateral, que depende diretamente da área de contato entre estrutura e solo. É fato que sistemas ramificados naturais têm grandes áreas de superfície, como é o caso de árvores que usam suas raízes ramificadas como um sistema de ancoragem capaz de aumentar sua resistência à solicitações como peso próprio e ventos. Neste estudo, desenvolve-se um modelo de estrutura ramificada baseado na geometria fractal, proposto como solução alternativa para fundações. O objetivo da pesquisa consiste em comparar o desempenho de modelos ramificados com o de modelos convencionais de fundação por estaca, sob o ponto de vista de capacidade de suporte, tensões e deslocamentos. O estudo também busca avaliar a eficiência relacionada ao aumento do número de ramos nas estruturas, os impactos gerados pela adoção de diferentes ângulos de ramificação, além da eficiência associada a outros parâmetros de geração do modelo ramificado. Os modelos foram simulados no PLAXIS, software capaz de modelar o comportamento não linear do solo e simular a interface solo-estrutura. As simulações evidenciaram que uma estrutura ramificada comparada a uma estaca padrão de mesmo volume apresenta maior capacidade de carga e menores deslocamentos, sendo, portanto, mais eficiente em ambos os aspectos. A capacidade de carga é crescente quando se comparam modelos com mais ordens, entretanto, há um desaceleramento no crescimento para as estruturas mais ramificadas. O mesmo comportamento é observado no que diz respeito a redução dos deslocamentos. As simulações de estruturas com diferentes angulações mostraram que, até certo ponto, quanto maiores os ângulos de ramificação, maiores as capacidades de carga, porém, ângulos superiores a 60◦ apresentam um decaimento nas cargas máximas resistidas. Em linhas gerais, os estudos remetem ao conceito de projeto ótimo para estruturas ramificadas sob ambas as óticas, número de ordens ideal e ângulo de ramificação ideal, propondo a existência de uma estrutura otimizada, capaz de incrementar as propriedades resistivas do sistema solo-fundaçã sem necessitar uma geometria muito complexa. A eficiência dessas estruturas é verificada experimentalmente a partir de um estudo realizado com um modelo de fundação ramificado adaptado sem ângulo de ramificação (inspirado em estacas torpedo), através de ensaios e simulações computacionais, cujos resultados corroboraram a eficiência da utilização de geometrias ramificadas na otimização da resistência de fundações. De maneira geral, pode-se dizer que as estruturas ramificadas apresentam bom potencial para serem utilizadas como solução para o sistema de fundações de uma edificação.