Pilar de Fundação: definição e aplicações

Quando se constroem edifícios com estrutura de quadro, o uso de fundações descontínuas pode ser uma escolha particularmente apropriada. Entre elas, os pilares de fundação desempenham um papel fundamental, pois fornecem uma base sólida para resistir às cargas transmitidas pelos pilares ou colunas superiores.

Se estiver interessado em aprofundar este tópico, convidamo-lo a continuar a ler o artigo para descobrir as características, as possíveis aplicações e os critérios de projeto destes importantes elementos estruturais.

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O que são os pilares de fundação?

Os pilares de fundação, frequentemente chamados simplesmente de pilares, são elementos estruturais usados para transferir a carga de uma estrutura para o solo subjacente de forma segura e estável. Fazem parte das fundações superficiais e são usados na construção de edifícios com estrutura portante em betão armado ou aço, pontes, treliças e outras estruturas caracterizadas por elementos resistentes descontínuos.

A forma mais simples do pilar de fundação é um paralelepípedo, geralmente feito de betão armado, que tem a função de alargar a base de apoio no solo do elemento estrutural superior (como um pilar), de modo a obter uma superfície suficientemente ampla para garantir uma melhor distribuição das cargas e assegurar o cumprimento dos requisitos de segurança, rigidez e resistência necessários.

De acordo com as necessidades específicas do projeto, os pilares de fundação também podem ser feitos em formas mais complexas, como a tronco piramidal, e podem ser interligados através do uso de vigas de betão armado para melhorar a coesão e a estabilidade geral do sistema estrutural.

Formas de pilares de fundação

Quando usar fundações em pilares?

Tratando-se de fundações superficiais e descontínuas, é possível recorrer ao uso de pilares apenas em circunstâncias específicas:

• o solo deve apresentar características adequadas de resistência e deformabilidade: as fundações em pilares podem ser utilizadas quando o solo tem capacidade de carga suficiente para suportar a carga sem riscos de assentamentos ou deformações significativas. Se o solo for estável e suficientemente resistente, os pilares representam uma escolha apropriada para a fundação, pois são econômicos e relativamente simples de serem realizados;
• as cargas aplicadas não devem ser excessivas: os pilares são projetados para distribuir cargas pontuais. É fundamental garantir que essas cargas não excedam a capacidade de carga do solo ou a resistência estrutural do próprio pilar, a fim de evitar danos ou colapsos na fundação.

Para prevenir assentamentos diferenciais ou deslocamentos relativos horizontais, especialmente em áreas sísmicas, é necessário conectar os pilares entre si por meio de uma rede de vigas ou cintas em concreto armado. Essa configuração melhora a distribuição das cargas e aumenta a resistência global do sistema, reduzindo o risco de danos estruturais.

Em caso de solos com baixa resistência ou presença de cargas elevadas, pode ser necessário considerar outros tipos de fundações, como estacas ou micropilares para alcançar camadas portantes mais profundas ou as fundações contínuas como lajes e vigas invertidas para distribuir as ações em uma área mais ampla, reduzindo assim a pressão sobre o solo.

Características dos pilares de fundação

Os pilares de fundação são elementos estruturais muito simples que são construídos abaixo de cada pilar da superestrutura para transferir a carga para o solo de forma pontual, mantendo as tensões dentro dos limites admissíveis para a área de assentamento.

As principais características desses elementos são esquematizadas a seguir:

• forma e dimensões: os pilares de fundação são geralmente constituídos por um bloco de concreto armado em forma de paralelepípedo ou tronco piramidal, com base quadrada centrada em relação ao pilar. No caso em que a carga transmitida por este seja fortemente excêntrica ou o próprio pilar seja consideravelmente alongado, opta-se pela adoção de uma base de forma retangular com dimensões BxL e espessura H. A seção do pilar pode ser retangular ou trapezoidal, dependendo das solicitações e das necessidades estruturais. Suas dimensões estão relacionadas a vários fatores, como as cargas provenientes da superestrutura, as solicitações atuantes e a capacidade de carga do solo.
• Espessura: ao contrário das dimensões BxL da base, que são influenciadas pelos fatores listados anteriormente, a espessura H do pilar é determinada pelas solicitações de corte ou punção previstas. A escolha de uma espessura adequada é fundamental para garantir a resistência estrutural do elemento e prevenir colapsos ou danos significativos.
• Armadura: os pilares de fundação podem ser armados ou não. Os não armados têm uma forma tronco piramidal com altura elevada e faces laterais inclinadas em cerca de 60°. Essa inclinação aumenta sua rigidez e os torna capazes de suportar as cargas sem o uso de armadura, simplificando assim sua execução. Os pilares armados, por outro lado, são feitos usando consoles invertidos em concreto armado, que repousam sobre um lastro de concreto não armado. Esse método permite reduzir significativamente a escavação necessária e o peso total do pilar. No entanto, para compensar a falta de rigidez do elemento estrutural, é necessário criar uma armadura complexa capaz de absorver esforços de flexão, tração e corte. Essa armadura é composta por barras de ferro dispostas na parte inferior do pilar ao longo das duas direções e por estribos perimetrais.
• Configurações especiais: em situações especiais, como quando é necessário construir pilares próximos a edifícios já existentes ou na fronteira de propriedades, recorre-se ao uso dos chamados “pilares desalinhados”. Estes são pilares caracterizados por uma forma assimétrica, semelhante a um pilar tradicional seccionado ao meio ao longo da vertical. Esses elementos são usados quando não é possível adotar pilares padrão devido a restrições de espaço ou condições especiais do solo, que impedem o alinhamento do elemento abaixo do pilar. Um projeto cuidadoso e uma avaliação completa das condições do solo são cruciais para garantir que os pilares desalinhados sejam capazes de suportar as cargas atuantes sem causar problemas estruturais ou danos aos edifícios circundantes.

Geometria pilares de fundação

Tipos de pilares de fundação

A resposta estrutural de um pilar de fundação pode ser equiparada à de uma prateleira encaixada na altura do pilar e sujeita à reação do solo que atua de baixo para cima. Com base nesse esquema, os pilares podem ser classificados em duas categorias principais, dependendo do comportamento rígido ou flexível da base:

• pilares robustos: são projetados para fornecer uma resposta estrutural rígida, pois a relação entre a altura do pilar e o tamanho da asa em relação ao fio do pilar é maior que dois. São, portanto, caracterizados por uma altura elevada em relação à base e podem assumir uma forma escalonada ou de tronco de pirâmide com inclinação das faces laterais entre 45° e 60°. A espessura da seção de concreto é suficiente para resistir às solicitações de flexão e corte. O pilar robusto pode, portanto, ser desprovido de armadura metálica, exceto por uma simples grade posicionada na base;
• pilares esbeltos: fornecem uma resposta estrutural flexível, pois a relação entre a altura do elemento e o tamanho da asa é inferior a dois. Estão sujeitos à carga vertical transmitida pelo pilar e à reação do solo atuando na base do pilar. Os pilares esbeltos têm forma paralelepípeda ou de tronco de pirâmide com inclinação das faces laterais inferior a 45°. A armadura está sempre presente e as barras de aço são posicionadas principalmente na parte inferior da base.

Pilares de fundação pré-fabricados

No caso de edifícios com estrutura de quadro pré-fabricada, é cada vez mais comum o uso dos chamados “pilares de copo”. São elementos estruturais pré-fabricados com um alojamento especial, chamado precisamente de “copo”, que permite posicionar o pilar de forma eficiente e segura. Os pilares de copo são divididos em diferentes tipos, listados abaixo:

• pilares de copo com placa de base retangular, adequados para usos padrão;
• pilares de copo com planta quadrada, ideais para zonas sísmicas;
• pilares com copo pré-fabricado e placa de base feita in loco, utilizados em casos de solicitações significativas ou solos com capacidade de carga reduzida.

Os pilares pré-fabricados oferecem várias vantagens, incluindo facilidade na instalação dos pilares e um maior controle sobre a qualidade e certificação do produto. Esse tipo de solução pode ser particularmente vantajoso para projetos que exigem rapidez de execução, precisão e confiabilidade estrutural.

Como projetar fundações em pilares

O projeto de fundações em pilares geralmente começa com a realização de investigações geotécnicas para obter informações sobre as propriedades do solo, como capacidade de carga, coesão, ângulo de atrito e presença de lençóis freáticos. Em seguida, são determinadas as cargas verticais e horizontais que a estrutura transmite para as fundações.

Segue-se uma série de etapas que envolvem o dimensionamento do elemento estrutural, a verificação das solicitações e a avaliação da interação pilar-solo.

No caso dos pilares robustos, assume-se que as seções flexionadas da prateleira não permanecem planas e ortogonais. Portanto, o dimensionamento estrutural é realizado considerando o sistema de tirante-pilar. Esse método leva em consideração as deformações e solicitações que ocorrem no elemento estrutural. Para os pilares esbeltos, nos quais vale o princípio da conservação das seções planas, é possível realizar uma verificação de punção para garantir que o pilar seja capaz de resistir às solicitações sem colapsar ou sofrer danos.

Para simplificar e tornar mais confiável o processo de projeto de fundações em pilares, você pode contar com a ajuda de um software de cálculo estrutural com o qual pode:

• escolher o tipo de pilar que deseja modelar (pilares robustos e/ou em forma de tronco de pirâmide);
• inserir o pilar de fundação e realizar o dimensionamento indicando as propriedades (material, tipo de solo, geometria, etc.) em relação às cargas que a estrutura terá que suportar;
• realizar o dimensionamento das armaduras. As armaduras do pilar são projetadas com base nas solicitações e forças que o pilar terá que suportar, garantindo que a estrutura seja capaz de resistir a cargas verticais, horizontais e de flexão. Durante o dimensionamento das armaduras do pilar, vários fatores são considerados, incluindo a capacidade de carga do solo, a geometria do pilar, as cargas aplicadas e as normas de projeto estrutural. As armaduras são posicionadas estrategicamente dentro do pilar para garantir uma distribuição uniforme das forças e prevenir o colapso da estrutura;

Dimensionamento armaduras pilares de fundação |EdiLus

Características de um pilar de fundação

Os pilares de fundação são elementos estruturais muito simples que são construídos abaixo de cada pilar da superestrutura para transferir a carga para o solo de forma pontual, mantendo as tensões dentro dos limites admissíveis para a área de assentamento.

As principais características desses elementos são esquematizadas a seguir:

• forma e dimensões: os pilares de fundação são geralmente constituídos por um bloco de concreto armado em forma de paralelepípedo ou tronco piramidal, com base quadrada centrada em relação ao pilar. No caso em que a carga transmitida por este último seja fortemente excêntrica ou o próprio pilar seja consideravelmente alongado, opta-se pela adoção de uma base de forma retangular com dimensões BxL e espessura H. A seção do pilar pode ser retangular ou trapezoidal, dependendo das solicitações e necessidades estruturais. Suas dimensões estão relacionadas a vários fatores, como as cargas provenientes da superestrutura, as solicitações atuantes e a capacidade de carga do solo.
• Espessura: ao contrário das dimensões BxL da base, que são influenciadas pelos fatores anteriormente listados, a espessura H do pilar é determinada pelas solicitações de corte ou punção previstas. A escolha de uma espessura adequada é fundamental para garantir a resistência estrutural do elemento e prevenir assentamentos ou danos significativos.
• Armadura: os pilares de fundação podem ser providos ou não de armadura metálica. Aqueles não armados apresentam uma forma tronco piramidal com altura elevada e faces laterais inclinadas em cerca de 60°. Essa inclinação aumenta sua rigidez e os torna capazes de suportar as cargas sem o auxílio da armadura, simplificando assim sua execução. Os pilares armados, por outro lado, são construídos utilizando consoles invertidos em concreto armado, que repousam sobre um substrato de concreto não armado. Esse método permite reduzir significativamente a escavação necessária e o peso total do pilar. No entanto, para compensar a falta de rigidez do elemento estrutural, é necessário construir uma armadura complexa capaz de absorver os esforços de flexão, tração e corte. Essa armadura é composta por barras de ferro dispostas na parte inferior do pilar ao longo das duas direções e por estribos perimetrais.
• Configurações especiais: em situações especiais, como quando é necessário construir pilares próximos a edifícios já existentes ou na fronteira de propriedades, recorre-se ao uso dos chamados “pilares zoppi”. Estes são pilares caracterizados por uma forma assimétrica, semelhante a um pilar tradicional seccionado ao meio ao longo da vertical. Esses elementos são usados quando não é possível adotar pilares padrão devido a restrições de espaço ou condições especiais do solo, que não permitem centralizar o elemento abaixo do pilar. Um projeto cuidadoso e uma avaliação completa das condições do solo são cruciais para garantir que os pilares zoppi sejam capazes de suportar as cargas atuantes sem causar problemas estruturais ou danos aos edifícios circundantes.

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