Chapas de base
A base de um pilar não é um cálculo. É uma pilha: uma chapa que flexiona, um leito de graute que leva a pressão para baixo, concreto que pode esmagar ou arrancar em cone, chumbadores que podem escoar ou sair, e um caminho de cortante que precisa ser escolhido. O app trata cada um desses como elemento separado, com estados-limite próprios, então o painel diz qual parte da pilha governa, e não só que a base passou.
A chapa e o concreto embaixo dela
Sob compressão a chapa é sempre verificada em duas frentes: o esmagamento do concreto sob a área de contato e o escoamento da chapa à flexão nos seus balanços. As duas saem da mesma distribuição de pressão, e é por isso que a excentricidade da carga decide como elas são calculadas.
Esmagamento do concreto
concrete_bearingA pressão de contato contra a resistência do concreto. No AISC a capacidade é 0,65 · 0,85 · fck · A1 · √(A2/A1), limitada a 0,65 · 1,70 · fck. Na NBR 8800 é fck/(γc·γn) · √(A2/A1), limitada a fck puro, com γc = 1,40 e γn = 1,40. O teto importa: sem ele, um bloco grande pareceria elevar a capacidade sem limite.
AISC 360 J8 · NBR 8800 6.6.5
Flexão da chapa
plate_bendingA chapa trabalha em balanço, do perfil até a borda. O braço é o maior entre os balanços de Murray, Thornton e do Design Guide 1, e a espessura necessária sai dele. É essa verificação que decide se 16 mm bastam ou se precisa de 22 mm.
AISC Design Guide 1 §3
Confinamento, A2 sobre A1
a2_confinement_factorQuando a chapa se apoia num bloco maior do que ela, o concreto em volta confina a área de contato e a capacidade ao esmagamento sobe por √(A2/A1), truncado em 2, que é a pirâmide 1:2 espalhando para baixo a partir da chapa. Esse elemento nunca reprova: ele informa o fator e devolve para a verificação de esmagamento. Desligue-o e a base é simplesmente calculada sem o bônus.
AISC 360 J8 (A2/A1 ≤ 4) · NBR 8800 6.6.5 · NBR 6118 21.2.1
Graute de nivelamento
grout, grout_strengthO leito de graute nivela a chapa e leva a compressão para baixo de forma uniforme. Há uma regra que não depende de carga nenhuma: o graute precisa ser pelo menos tão resistente quanto a fundação, senão ele vira o elo fraco de um caminho que supunha o contrário. Chapa com o menor lado acima de 600 mm ainda precisa de furo de injeção e de respiro, ou o leito prende ar.
AISC Design Guide 1 · NBR 8800 6.6.5
Quando a carga não é centrada
Base com momento tem excentricidade e = M/N. Enquanto e fica dentro de L/6 a chapa inteira está comprimida e a pressão uniforme é um modelo justo. Passando de L/6 parte da chapa levanta, a pressão vira triangular, e os chumbadores do lado oposto vão à tração. Isso é outro problema, não uma versão pior do mesmo.
Dentro de L/6
Contato total. Esmagamento e flexão saem da pressão média, e os chumbadores não recebem tração do momento.
Além de L/6
O bloco de pressão do Design Guide 1 resolve a base: devolve o comprimento de contato Y, a tração T no chumbador e a pressão de pico, então esmagamento, flexão e tração no chumbador têm números reais para dimensionar.
Obras antigas se comportam de outro jeito, de propósito. Obra carimbada pelo motor legado calcula tudo pela pressão média, o que ignora o momento, e além de L/6 emite um aviso de regime em vez de uma solução: reprovação sem saída, porque não há contra o que dimensionar. O motor corrigido, que toda obra nova usa, roda o bloco de pressão. Se uma base que você sabe estar boa aparece reprovando só por excentricidade, quem está falando é a versão do motor.
Chumbadores: quatro modos de falhar, separados
Aço e concreto falham de formas diferentes, e o app nunca mistura os dois num número só. A barra pode escoar, a cabeça pode puncionar o concreto em volta, o concreto pode arrancar em cone e, perto de uma borda, pode romper lateralmente. Cada um deles é uma linha própria.
Aço do chumbador
anchor_tension, anchor_shear, anchor_tension_shear_interactionTração de arrancamento ou de momento, cortante, e a interação entre os dois na mesma barra. A solicitação é o esforço de cálculo dividido entre os chumbadores que estão trabalhando.
AISC 360 J3.6 e J3.7 · NBR 8800 6.3.3 · EN 1993-1-8 Tab. 3.4
Cabeça ou gancho
anchor_pulloutA ancoragem mecânica, ou seja, a parte que agarra o concreto contra a extração direta. Chumbador com cabeça, porca e chapa de arruela é verificado como 8·Abrg·f′c; parafuso J ou L é verificado na dobra como 0,9·f′c·eh·da, com o braço mantido dentro da faixa que a norma permite. Supõe-se concreto fissurado, que é o lado conservador.
ACI 318-19 17.6.3
Concreto à tração
anchorage_lengthO cone de arrancamento, a extração da cabeça e, perto de uma borda, a ruptura lateral do concreto. O cone é a pirâmide projetada a 1,5 vez o embutimento, então a profundidade de embutimento e a distância até a borda é que mexem nesse número, não o diâmetro da barra.
ACI 318-19 17.6.2, 17.6.3 e 17.6.4
Concreto ao cortante
anchor_shearArrancamento de borda, arrancamento por alavanca atrás da barra, e a interação de tração e cortante do lado do concreto. Aqui quem manda é a distância até a borda: a mesma base deslocada 200 mm para mais perto da borda do bloco é outro cálculo.
ACI 318-19 17.7.2, 17.7.3 e 17.8
Armadura suplementar, ou seja, grampos ou armadura de confinamento no topo do bloco, é um elemento próprio. Bem ancorada e dimensionada para todo o arrancamento, ela assume o lugar do cone de concreto e permite que o coeficiente de redução do lado do concreto suba de 0,70 para 0,75, porque a ruína passa a ser controlada por aço que escoa.
Escolher por onde o cortante sai
A força horizontal na base sai por exatamente um de três caminhos, e os três são mutuamente exclusivos: ligar um desliga os outros. Isso é decisão de projeto, não algo que o app possa ler do modelo.
Atrito na interface
friction_capacityVf = μ·P, com μ = 0,40 contra graute. É real, e é de graça, mas só existe enquanto houver compressão líquida. Sob arrancamento a capacidade vai a zero e a utilização explode, o que se lê como falha catastrófica quando a verdade é que o caminho não se aplica. É por isso que ele não é o padrão.
AISC Design Guide 1 §3.5 · ACI 318-19 17.7
Pelos chumbadores
anchor_shear + plate bearingO padrão. O cortante vai direto para os chumbadores, verificado no aço da barra e no esmagamento da chapa contra a haste. Em junta grauteada o esforço chega com excentricidade, o que flexiona a haste, então aplica-se uma redução da ordem de 0,80 e furo alargado é desencorajado: quanto maior o furo, menos da barra está trabalhando.
AISC 360 J3.10 · AISC Design Guide 1
Chaveta de cisalhamento
lug_concrete_bearing, lug_flexureUma chapa soldada sob a chapa de base e embutida no graute, transmitindo cortante por contato. Três estados-limite: esmagamento do concreto à frente da face embutida, flexão da própria chaveta como balanço, e a solda entre a chaveta e a chapa dos dois lados. É o recurso para quando o cortante é grande demais para os chumbadores.
AISC Design Guide 1 §3.5 · ACI 318-19 17.7 · NBR 6118 21.2.4
A ferragem que se esquece
Dois detalhes costumam ser desenhados sem ser verificados, e os dois têm estado-limite.
Arruela de chapa sobre furo alargado
washer_min_sizeOs furos da chapa de base são folgados de propósito, para absorver a tolerância da concretagem dos chumbadores. Uma arruela de chapa quadrada devolve a área de apoio sobre a porca para que ela não atravesse. A espessura precisa chegar a db/3, e a punção em volta do furo alargado é verificada sob tração do chumbador.
AISC Design Guide 1 Tab. 2.3 · AISC Manual Tab. 14-2
Porcas de nivelamento e a folga
anchor_shear (bending on the shank)Nivelar a chapa numa porca por baixo deixa um vão entre o concreto e a chapa, e nesse vão a haste trabalha à flexão: Mu = V · folga contra φb·fy·Z, com Z = d³/6 para a barra maciça redonda. Sem folga a porca apoia direto na chapa e não há o que verificar. Esse é o que surpreende, porque a folga muitas vezes é 40 mm de nada.
AISC Design Guide 1 §3.5, folga com porca dupla
Enrijecedores
stiffener_fit + weldGussets triangulares entre o fuste e a chapa enrijecem o conjunto, cortam a flexão local da chapa e ajudam a ancorar o binário do momento. Verificados na esbeltez de borda livre b/t e na solda com a chapa e com o fuste.
AISC Design Guide 1 · EN 1993-1-5 · NBR 8800 6.2
Toda linha desta página abre na sua memória de cálculo: a fórmula, os valores que entraram e o item da norma de onde vem. A família das chapas de base é a que foi reproduzida contra o conjunto mais amplo de exemplos publicados, e a memória diz qual deles cada verificação segue.