Fundação de viga invertida

A fundação de viga invertida representa uma solução estrutural eficaz e versátil, particularmente apreciada e difundida em contextos onde é necessário garantir uma distribuição uniforme das cargas em solos com características geotécnicas variáveis. Este artigo explorará em detalhes os aspectos técnicos do projeto e da realização de uma fundação de viga invertida, fornecendo informações úteis para os técnicos do setor da construção.

Quando usar a fundação de viga invertida

A fundação de viga invertida é um tipo de fundação direta contínua (frequentemente também chamada de viga T invertida, devido à forma de sua seção), utilizada quando a estrutura portante é de esqueleto independente, como em estruturas em concreto armado ou em aço.

Geralmente, as vigas invertidas têm desenvolvimento linear e são normalmente empregadas, no âmbito da construção, quando é necessária uma maior superfície de contato, em comparação com as sapatas de fundação.

A denominação de viga invertida deriva de seu comportamento estático: ela se comporta como uma viga invertida carregada pela reação do solo que atua de baixo para cima. Pressionados pelas cargas transmitidas pelas colunas, os momentos de flexão terão sinais opostos aos das vigas do piso. Portanto, seu comportamento estático é inverso ao das vigas do piso.

Vulnerabilidade sísmica, software de cálculo estrutural

Para obter uma distribuição mais uniforme das cargas no terreno de fundação e garantir uma maior rigidez da estrutura de fundação, as  traves invertidas são conectadas às colunas em dois sentidos ortogonais, formando malhas fechadas que reproduzem a planta do esqueleto do edifício.

Supondo que a reação do solo seja uniformemente distribuída nas lajes, as traves são calculadas como vigas contínuas. As armaduras metálicas são dispostas para absorver as solicitações de tração e cisalhamento, que se desenvolvem devido à flexão elástica das vigas, e que o concreto sozinho não poderia suportar.

Quando, por outro lado, há várias colunas alinhadas, carregadas e espaçadas de forma diferente, e deseja-se uniformizar a carga unitária transmitida da fundação para o solo, é conveniente projetar uma  (laje de fundação) de largura variável (leia também Fundação Radier: do cálculo à realização). Isso permite que as resultantes das reações do solo nas superfícies de apoio tenham a mesma linha de ação das resultantes das cargas que atuam sobre elas.

A fundação de viga invertida é utilizada em uma variedade de situações específicas em que as características do solo e os requisitos estruturais tornam essa solução particularmente vantajosa. Abaixo estão listados os principais contextos nos quais esse tipo de fundação é utilizado:

• terrenos com capacidade de carga baixa ou variável. Quando o solo tem baixa capacidade de carga ou apresenta variações significativas em suas propriedades mecânicas, a fundação de viga invertida é preferida porque permite distribuir as cargas de forma mais uniforme, reduzindo o risco de recalques diferenciais;
• estruturas de quadro em concreto armado ou em aço;
• solos sujeitos a movimentos diferenciais. Em solos sujeitos a movimentos diferenciais, como os argilosos que podem expandir ou retrair conforme o teor de água, as vigas invertidas oferecem maior estabilidade e resistência às elevações do solo;
• zonas com alta sismicidade. Em zonas sísmicas, as fundações de viga invertida são vantajosas porque melhoram a capacidade da estrutura de resistir às forças horizontais geradas pelos terremotos. Sua configuração ajuda a reduzir o risco de tombamento e melhora a dissipação das energias sísmicas;
• estruturas com cargas concentradas elevadas. Para edifícios com cargas concentradas elevadas, como pilares de edifícios de vários andares ou estruturas industriais pesadas, as vigas invertidas ajudam a distribuir essas cargas em uma área maior, evitando pressões excessivas no solo;
• construções em solos heterogêneos. Ao construir em solos com camadas geotécnicas heterogêneas, as fundações de viga invertida ajudam a uniformizar a resposta do solo às cargas estruturais, reduzindo o risco de deformações irregulares.

Para avaliar os critérios de projeto das vigas invertidas em concreto armado, é importante considerar os seguintes aspectos:

• material de construção;
• seção transversal da viga;
• número e tipo de apoios;
• tipo de solo;
• tipo de solicitações às quais está sujeita.

Quais são os tipos de fundações?

As fundações podem ter características diferentes com base nas escolhas de projeto e nas características do solo.

Vamos ver especificamente todos os tipos de fundações com base no solo da área de intervenção:

solos com boa resistência

• fundações superficiais (diretas)
  • contínuas
  • de laje
  • de platea
  • de viga invertida
  • descontínuas
  • de estacas isoladas
• fundações profundas (indiretas)
  • com pilares
  • em estacas portantes
    • perfuradas
    • moldadas in loco
    • cravadas

solos de baixa resistência

• fundações superficiais (diretas)
  • de platea
  • de laje
• fundações profundas (indiretas)
  • em estacas suspensas
• fundações hidráulicas.

Tipos de fundação

Fundação de viga invertida ou radier

A fundação de viga invertida é um corpo monolítico em concreto armado, com espessura variável, geralmente entre 30 e 40 cm, que tem a função de transmitir todo o peso do edifício e das cargas que atuam sobre ele para o solo abaixo.

É uma solução construtiva rápida, simples de realizar e muito eficaz, que garante uma distribuição homogênea das cargas mesmo em solos com baixa capacidade de resistência. É a melhor solução para evitar o surgimento de recalques diferenciais e para constituir uma balsa flutuante sobre o solo abaixo.

Estrutura em concreto armado criada com EdiLus

Em comparação com outras soluções (rodapés, vigas), ela exige o uso de mais material (aço e calcário). No entanto, o custo da placa de fundação é geralmente igual ou, em alguns casos, até menor do que o de outras soluções, devido à facilidade de instalação e ao menor tempo necessário para prepará-la (escavação, fôrma etc.).

As vigas invertidas, por outro lado, são compostas por uma rede de vigas com seção retangular ou em T invertido, com base variando de 40 a 80 cm e altura de 40 a 50 cm, dispostas ortogonalmente entre si e ao longo das linhas das paredes em elevação.

De forma mais geral, a espessura depende das solicitações de corte ou punção. A largura, por sua vez, depende da capacidade de carga do solo e das cargas provenientes da superestrutura.

A viga de fundação é construída sobre um lançamento de limpeza, que a protegerá das agressões químicas do solo; é uma camada de concreto, geralmente sem armadura metálica, com baixo teor de cimento, chamada de “enxuto”, posicionada na cota de escavação.

Os espaços entre as vigas são preenchidos com um colchão de brita, geralmente feito com cascalho, blocos de plástico, etc., e finalizado com um piso que constitui o primeiro pavimento do edifício em elevação. Em ambas as soluções, é possível adicionar uma câmara de ventilação entre a fundação e o primeiro piso, especialmente em solos úmidos e para reduzir os efeitos negativos do gás Radon proveniente do solo.

A fundação em viga invertida era muito utilizada até alguns anos atrás. Atualmente, no entanto, tende-se a preferir a opção da platea de fundação, devido à sua simplicidade de construção e economia de mão de obra. Embora ainda seja um sistema construtivo válido, as vigas invertidas são menos utilizadas em comparação com a platea.

Como projetar uma fundação em viga invertida

Para melhorar e simplificar todas as operações relacionadas ao projeto das fundações (mas também aquelas relacionadas à estrutura como um todo), é possível usar um software de cálculo estrutural.

O projeto de fundações em viga invertida com o suporte de um software que utiliza a integração entre ferramentas BIM e tecnologias para cálculo estrutural oferece inúmeras vantagens em termos de precisão, eficiência, otimização de materiais e conformidade com as regulamentações vigentes. Para prosseguir com o cálculo, é necessário primeiro modelar a estrutura em 3D, integrando as vigas invertidas com os elementos verticais e horizontais de forma detalhada. O software permite simular as condições reais de carga, incluindo cargas estáticas, dinâmicas e sísmicas, fornecendo uma visão aprofundada do comportamento estrutural sob diferentes condições.

Conexões de aço

A modelagem 3D facilita a visualização da distribuição das tensões e deformações através das vigas e das fundações, ajudando a identificar potenciais pontos críticos e otimizando o layout das armaduras. Além disso, as poderosas capacidades de análise finita do software permitem realizar verificações de segurança e conformidade regulatória, garantindo que o projeto atenda a todos os requisitos técnicos e de segurança. Esse enfoque integrado melhora a precisão e a confiabilidade do projeto, inclusive em relação ao risco de conflito com outros elementos envolvidos no projeto (elementos de instalação, arquitetônicos, etc.), reduzindo erros e aumentando a eficiência geral do processo de projeto.