Espalhe os fundamentos, também conhecidas como bases isoladas ou almofadadas, são elementos de fundação rasos projetados para distribuir cargas concentradas de colunas ou pilares sobre uma área maior de solo. Isso evita falhas no suporte do solo e é comumente usado em estruturas pequenas e médias, como edifícios residenciais.. As sapatas espalhadas podem ser reforçadas ou não reforçadas, dependendo da carga e dos requisitos ambientais.

A sapata espalhada é de longe a solução mais económica para transmitir as cargas ao solo. Porque o solo é geralmente muito mais fraco do que as colunas apoiadas, deve ser demonstrado que é capaz de resistir às tensões impostas e que os consequentes recalques são razoáveis ​​para a estrutura e a sua finalidade. Se o solo não for forte o suficiente, então outras soluções devem ser analisadas como fundações em jangadas que possuem maior área para espalhar as cargas ou estacas que transmitem as tensões para estratos de solo mais profundos e resistentes.

• Fundamentos Simples: Mais comumente usado; retangular ou quadrado.
• Bases escalonadas: Usado para cargas mais altas.
• Fundamentos Inclinados: Também para cargas mais altas.

Figura 1: Tipos de bases espalhadas

As sapatas escalonadas e inclinadas são usadas principalmente para cargas mais altas com espessuras superiores a 3 pés ou 4 pés, mas devido ao aumento dos custos trabalhistas, seu uso é atualmente menos frequente.

Em relação ao material, as sapatas espalhadas podem ser divididas em dois grupos:

• As sapatas de concreto simples são idealmente usadas para estruturas mais leves e edifícios baixos com solos resistentes..
• Sapatas de concreto armado são usadas onde cargas mais pesadas atuam ou onde durabilidade é necessária devido ao meio ambiente. Eles são usados ​​em estruturas mais pesadas onde a capacidade de suporte do solo é bastante baixa.

As sapatas espalhadas normalmente suportam cargas concentradas de compressão sob colunas individuais. A sapata deve ser proporcionada para sustentar todas as cargas fatoradas aplicadas e reações induzidas, que incluem cargas axiais, forças de cisalhamento horizontais, e momentos na base. A sustentação do solo é verificada usando a pressão permitida do solo determinada a partir dos dados disponíveis do local e da análise geotécnica usando as cargas de serviço não fatoradas, incluindo morto, viver, vento, ou cargas sísmicas, considerando as combinações críticas.

O reforço de flexão é normalmente colocado na parte inferior da sapata, onde ocorrem tensões de tração devido à reação do solo quando uma carga axial compressiva é aplicada ao pilar.. O design é simplificado, assumindo que a base é rígida e o comportamento do solo é elástico.

A direção principal é sempre definida paralelamente ao lado mais longo da sapata. A direção secundária é normalmente perpendicular à direção principal e paralela ao outro lado da sapata. Além disso, a armadura também deve evitar contrações e mudanças de temperatura que são consideradas com uma área mínima de armadura.

Os modos de falha da sapata espalhada podem ser classificados como falhas de solo, falhas de estabilidade, e falhas estruturais.

As falhas no solo são agrupadas como falhas no suporte do solo (como mostrado na figura 2), mas também podem incluir falhas de manutenção relacionadas com recalques diferenciais excessivos entre sapatas adjacentes ou relacionadas com recalques totais. As liquidações ocorrem em duas etapas, sendo o primeiro a liquidação imediata e o segundo a liquidação a longo prazo, conhecido como consolidação.

Os estados limites governados pela estrutura incluem ruptura por cisalhamento unidirecional, falha de perfuração, falha de flexão, falha de rolamento, e ancoragem inadequada. Alguns deles estão descritos na Figura 2.

Finalmente, as falhas de estabilidade também devem ser verificadas, que são independentes da capacidade de suporte do solo.

Figura 1: Alguns modos de falha em sapatas espalhadas

O projeto de sapatas espalhadas envolve diversas etapas devido aos diversos parâmetros e variáveis ​​que afetam as dimensões e características finais.

Passo 1: Investigação e considerações geotécnicas

O projeto de fundações geralmente requer a determinação do comportamento e da deformabilidade relacionada às tensões do solo sob a fundação.. Por esta, as propriedades geotécnicas do solo devem ser determinadas, como a distribuição do tamanho dos grãos, a classificação do solo, plasticidade, compressibilidade, e resistência ao cisalhamento. Esta investigação visa determinar a adequação dos diferentes tipos de fundações e a capacidade de suporte dos solos.. Isso normalmente é feito realizando o cálculo da capacidade de suporte final e uma análise de assentamento que determina a pressão de suporte permitida (q_uma) para evitar qualquer tipo de falha no suporte do solo. Se a adequação de uma base espalhada for confirmada, o engenheiro pode continuar com a etapa seguinte.

Além da capacidade de suporte do solo, o sistema de fundação deve ser seguro contra tombamento, deslizamento, e evitar elevação excessiva devido a excentricidades em ambas as direções principais.

Passo 2: Definir a área base.

Nos EUA, isso é determinado usando a tensão admissível e as combinações de carga de serviço. Os valores de suporte de carga presumíveis (Tabela IBC 1806.2) também pode ser usado se permitido. A tensão admissível é normalmente incluída no relatório geotécnico, considerando a capacidade de suporte e possíveis recalques. Em uma base espalhada, a tensão do solo para uma sapata com uma carga axial (P) e momentos (Mx, Mz) na base pode ser calculado conforme mostrado na Figura 3. A equação mostrada só é válida quando a base completa é comprimida, o que nem sempre é o caso, principalmente quando os momentos aplicados são grandes. Nesse caso, existem vários modelos que podem ser usados ​​para realizar a análise. O mais simples é a distribuição linear da pressão do solo sob uma base rígida. Vários autores (ou seja,, Bellos e Bakas) desenvolveram uma solução para determinar a pressão máxima do solo. O objetivo final é encontrar uma área de sapata onde a tensão máxima seja menor que a tensão admissível definida. (q_max<q_uma).

Figura 3: Tensões do Solo

Passo 3: Definir a espessura da base e cálculo da armadura de flexão.

Definição da espessura da base e cálculo da armadura de flexão. Isso normalmente é feito por um procedimento de tentativa e erro para evitar qualquer falha estrutural.. Nesse caso, uma espessura de base é adotada, e então é verificada a resistência à flexão e ao cisalhamento. Nesta etapa, a sapata deve ser projetada para momentos fletores, cisalhamento unidirecional e bidirecional causado pela pressão do solo devido a cargas fatoradas. Uma profundidade mínima de 6 em deve ser considerado (ACI 318-19 c13.3.1.2), e um cobrimento mínimo de concreto igual a 3 em concreto moldado contra e permanentemente em contato com o solo (ACI 318-19 c20.5.1.3.2). Também é importante considerar a espessura mínima da sapata com base no desenvolvimento das barras que partem da face do pilar.

Figura 4: Espalhe momentos de apoio

Se o diagrama de momento fletor for analisado (veja a figura 4) para uma sapata quadrada com apenas uma carga axial de compressão em um pilar no centro, parece que o momento máximo na sapata ocorre abaixo do meio do pilar, mas os testes mostraram que isso não é correto devido à rigidez da coluna. O código ACI sugere (ACI 318-19, c13.2.7.1) calculando-o na face do pilar para pilares de concreto armado ou em uma seção a meio caminho da face do pilar até seu centro para pilares de alvenaria ou concreto maciço. Nos cálculos, é necessário apenas considerar a pressão ascendente causada pelas cargas externas aplicadas à sapata. O peso próprio e o peso da cobertura do solo devem ser negligenciados. Somente as pressões líquidas sobre a sapata devem ser usadas para o projeto estrutural.

Se a base da parede for carregada até falhar por cisalhamento, a ruptura não ocorrerá num plano vertical na face do pilar, mas sim num ângulo de aproximadamente 45° com a face do pilar, portanto a seção crítica para cisalhamento é calculada a uma distância “d” da face (ACI318-19c13.2.7.2), sendo “d” a profundidade efetiva, veja a figura 4. A profundidade efetiva é calculada como:

onde h é a espessura da laje de rodapé, c é a capa, e db é o diâmetro da barra. Observe que na direção secundária, a profundidade efetiva também deve incluir o diâmetro da barra da armadura principal.

Uma vez que o momento fletor máximo (Em) na seção crítica foi determinado, a área necessária de reforço (Como) é determinado da mesma forma que qualquer membro flexural. Embora uma base não seja uma viga, é desejável que seja dúctil para flexão, e isso pode ser feito limitando a deformação líquida de tração na armadura de tração (εt) para um valor maior que εty + 0.003 (ACI 318-19 c21.2.2, εty é igual a f_Y/E_s).

Com a antiga suposição, a área de armadura necessária pode ser calculada com as seguintes equações:

força do reforço, e Es é o módulo de elasticidade da armadura de aço. A verificação de flexão é normalmente realizada em ambas as direções.

A resistência ao cisalhamento unilateral é normalmente calculada apenas considerando a contribuição do concreto. Geralmente, por razões de custo, não é aconselhável usar armadura de cisalhamento. Portanto, o cisalhamento calculado na seção de cisalhamento crítica deve ser maior que a resistência resistida pelo concreto. É calculado usando a equação dada na Tabela 22.5.5.1(c) (ACI 318-19 c22.5.51)

​Onde ρw é a taxa de armadura igual a As/(b×d,) λ é o fator de modificação para refletir as propriedades mecânicas reduzidas do concreto leve, e ϕ é o fator de redução de cisalhamento.

Passo 4: Verificação de cisalhamento bidirecional

Uma vez confirmada a espessura da sapata para resistir à flexão e ao cisalhamento unidirecional, e a armadura adotada é maior que a necessária, podemos continuar com o seguinte passo, verificando o punção (cisalhamento de duas vias).

A verificação é feita com tensões e, semelhante ao cisalhamento unidirecional, o critério é evitar qualquer armadura de cisalhamento por razões econômicas; Portanto, apenas a resistência do concreto é considerada. A resistência é determinada de acordo com ACI 318-19 c22.6.5.

Onde v_você é a tensão de cisalhamento na seção crítica, ϕ é o fator de redução e v_c é a resistência ao cisalhamento do concreto. É calculado de acordo com a Tabela 22.6.5.2

Onde λ_s é o fator de tamanho, λ é o fator de modificação para refletir as propriedades mecânicas reduzidas do concreto leve, β é a relação entre os lados longos e curtos do pilar ou área de carga concentrada e f’c é a resistência à compressão especificada do concreto. bo é o perímetro da seção crítica que normalmente é definida a uma distância d/2 das faces do pilar. É importante mencionar que a tensão de cisalhamento (v_você) deve ser calculado considerando também o momento transmitido pelo pilar à laje de fundação conforme ACI 318-19 c8.4.4.2

Passo 5: Cálculo das forças de transferência.

As forças verticais e horizontais transferidas para a sapata pelo apoio do concreto ou uma combinação de apoio e reforço de interface devem ser verificadas. Este requisito é detalhado na Seção 22.8 da ACI 318-19:

Onde A₁ é a área carregada, A₂ é a área da base inferior do maior tronco de uma pirâmide, com uma distribuição cónica. Os lados da pirâmide, com uma distribuição cónica, ou cunha cônica deve ser inclinada 1 vertical para 2 horizontal. E ϕ é um fator de redução.

Passo 6: Detalhamento

A última etapa é dedicada aos detalhes da armadura como espaçamentos mínimo e máximo, comprimento de desenvolvimento para seções críticas. Os detalhes são fornecidos no Capítulo 25 de ACI 318-19.

As sapatas em faixa estão intimamente relacionadas às sapatas espalhadas porque ambas são fundações rasas que são frequentemente utilizadas em estruturas de pequeno a médio porte devido ao seu baixo custo.. Normalmente, strip footings are long and rectangular in shape, enquanto as sapatas são quadradas, retangular, ou circular. Em relação à carga suportada, sapatas de tira funcionam normalmente com cargas lineares, enquanto as sapatas funcionam com cargas concentradas.

Em relação ao design, todas as verificações realizadas para sapatas de faixa também devem ser feitas em sapatas de extensão ou almofada. As sapatas espalhadas também exigem verificações adicionais, como a verificação de cisalhamento bidirecional ou verificação de puncionamento, that do not occur in strip footings.

• As sapatas espalhadas são econômicas e amplamente utilizadas para fundações rasas.
• A investigação geotécnica adequada é essencial.
• O projeto deve abordar a sustentação do solo, povoado, resistência estrutural, e estabilidade.
• Siga a ACI 318-19 para todas as verificações e detalhes.

• ACI 318-19: Requisitos de Código para Concreto Estrutural
• Tabela IBC 1806.2: Valores presumíveis de suporte de carga
• lindo, j., & Vestígio, N. (2017). Solução analítica completa para distribuição linear de pressão do solo sob sapatas retangulares rígidas. Revista Internacional de Geomecânica, 17(7), 04017005. doi:10.1061/(machados)gm.1943-5622.0000874.
• CRSI, Guia de Design no ACI 318 Requisitos de Código para Concreto Estrutural, CRSI (2020).
• Concreto reforçado: Mecânica e Design 6ª Edição por James K. Wight, James G. MacGregor.

Vários insumos são necessários para concluir as verificações de design para os Footings da Pad. As entradas incluem:

• Dimensões e material de pé
• Carregando
• Propriedades concretas
• Propriedades de Reforço
• Parâmetros Geotécnicos

Depois que todas as entradas forem preenchidas, clique no botão "Executar" Botão no canto superior direito para completar o design de pé de espalhamento.

O programa considera as verificações de estabilidade do solo no pé, sujeito a carga vertical e momentos biaxiais. Além disso, Ele executa o projeto de concreto com base no método de design de força final de acordo com a ACI 318-19. As pressões do solo são calculadas usando a solução de Bellos e Bakas e o pé é considerado perfeitamente rígido com espessura constante. As pressões também podem ser calculadas quando apenas uma parte do pé estiver em contato com o solo. Isso é especialmente útil para gastos com pequenas cargas verticais e grandes momentos, como o caso de rodapé nos cantos dos edifícios sob cargas laterais.

Excentricidade máxima, Um guia para combinações de carga Eurocode, e verificações deslizantes são realizadas por este software de pé espalhado. A última verificação não inclui a contribuição de pressão passiva. É sempre desejável evitar a concentração de tensões no solo e, portanto, o programa tem um status de aviso quando o resultante está fora do terço médio do pé. Em casos extremos em que a excentricidade da carga gera proporções de tensão máxima vs. estresse médio maior que 6, O programa de base espalhado desencadeia um erro devido à grande concentração de tensões e possível grande rotação do pé. Em tais casos, O usuário é aconselhado a ampliar o pé para ter uma melhor distribuição de tensões ou usar outras soluções, pois os fundamentos da cinta não são considerados no escopo desta ferramenta.

• • Calculadora de capacidade de rolamento
  • Calculadora de estabilidade da pilha lateral
  • Calculadora de coluna de concreto
  • Calculadora de durabilidade do concreto
  • Calculadora de projeto de laje de fundação
  • Calculadora de rodapé de tira
  • Calculadora de Corte de Punção
  • Calculadora de Projeto de Estacas Helicoidais
  • AS 2870 Calculadora de projeto de laje de fundação