Análise estrutural¶
A estaca é analisada como pórtico espacial em elementos finitos, apoiado em base elástica. O solucionador é o PyNite, biblioteca de análise matricial de estruturas.
O resultado dessa análise — momentos, cortantes e normais ao longo do fuste — é o que alimenta o dimensionamento.
O modelo¶
Discretização¶
A estaca é dividida em nós de metro em metro, coincidindo com a discretização da sondagem. Isso não é acaso: cada nó precisa de uma mola, e a mola vem da camada de solo daquele metro.
Os nós vão do topo à ponta, ordenados de cima para baixo. O nó de topo recebe as cargas aplicadas.
Seção e material¶
Seção circular cheia:
O material é definido por \(E_c\), coeficiente de Poisson \(\nu\) (padrão 0,20) e peso específico 25 kN/m³, com
Apoios elásticos¶
Cada nó recebe molas segundo a reação do solo:
| Direção | Mola | Quando |
|---|---|---|
| DX, DY | \(K_h\) | Sempre |
| DZ | \(K_v\) | Só quando as molas verticais são ativadas |
A torção (RZ) é travada para estabilizar o modelo — uma estaca circular sob carga transversal não tem torção significativa, e deixá-la livre criaria um modo de corpo rígido.
Nós superficiais não recebem mola
Nós a menos de 0,10 m de profundidade têm a mola zerada. O solo à superfície é o menos confinado, o mais sujeito a erosão, escavação e variação sazonal — contar com a reação dele é otimismo que a prática não confirma.
Cota de topo abaixo do terreno¶
Quando o topo da estaca está enterrado — arrasado abaixo do nível do terreno, situação normal sob bloco —, o nó de topo passa a ter solo em volta e recebe a mola correspondente à sua profundidade.
Quando o topo está no nível do terreno ou acima, ele fica livre. É o caso da estaca com trecho exposto, que se comporta como pilar engastado no solo.
Um cuidado de modelagem
Os nós são posicionados na cota da sondagem, não em distâncias medidas a partir do topo da estaca. Parece detalhe, mas é o que garante que o \(K_h\) de uma profundidade seja aplicado na profundidade certa: posicionar os nós a partir do topo faria o modelo afundar junto com a estaca, aplicando a rigidez de 3 m na cota de 5 m e alongando a peça modelada.
Estacas inclinadas¶
O SPX modela estacas inclinadas por dois ângulos:
| Parâmetro | Significado |
|---|---|
| Inclinação | Ângulo com a vertical |
| Azimute | Direção da inclinação no plano horizontal |
A posição horizontal de cada nó é obtida projetando a queda desde o topo:
A projeção é medida a partir do topo da estaca, não do nível do terreno — uma estaca arrasada a 2 m só começa a se afastar da vertical a partir dali.
Inclinação individual
Num bloco, cada estaca pode receber inclinação e azimute próprios. É o que permite montar arranjos em leque para resistir a esforço horizontal — o caso clássico de encontro de ponte ou de estrutura sob empuxo.
Análise por eixo¶
A análise é conduzida por eixo — um modelo para X e outro para Y —, cada um com o cortante e o momento da sua direção. Os dois resultados são então combinados no dimensionamento, que trata a flexão como composta oblíqua.
Essa separação é o que permite usar um modelo plano por vez, mais estável numericamente, sem perder a interação biaxial na verificação da seção.
Resultados¶
Da análise saem, ao longo do fuste:
- Deslocamento horizontal — o critério de serviço mais usado em estaca carregada transversalmente.
- Momento fletor — máximo geralmente a poucos metros da superfície, e é ele que dimensiona a armadura longitudinal.
- Esforço cortante — dimensiona os estribos.
- Esforço normal — decrescente com a profundidade, pelo atrito mobilizado.
Os gráficos são interativos e podem ser exportados para o relatório.
Limites de validade¶
Faixa de aplicação
- O modelo é linear elástico. Nem o concreto fissura, nem o solo plastifica. Para deslocamentos de serviço isso é aceitável; próximo da ruptura, não.
- A rigidez à flexão usa a seção bruta de concreto. A NBR 6118 admite redução por fissuração em análises de segunda ordem, o que tornaria os deslocamentos maiores e os momentos redistribuídos.
- As molas de Winkler não representam interação entre estacas do mesmo bloco. Em grupo com espaçamento pequeno, a rigidez efetiva por estaca é menor que a calculada.
- A discretização de 1 m limita a resolução do momento máximo. Em estacas curtas ou muito rígidas, o pico pode cair entre nós.