Leonardo de Jesus Alexandre
Resumo
Como a consideração da interação solo-estrutura está sendo cada vez mais incorporada à prática de projeto, há a necessidade de considerar os aspectos mais relevantes do comportamento do concreto e do solo, alguns dependentes do tempo. O presente trabalho apresenta um modelo que serve tanto à estrutura quanto à fundação – incluindo o solo – permitindo a análise acoplada de enrijecimento na cura, fluência, retração, fissuração do concreto, tension stiffening e adensamento do solo. Tanto a estrutura quanto a fundação são modeladas como elementos finitos unidimensionais. O comportamento dependente do tempo do concreto e do solo é modelado utilizando-se cadeias de Kelvin. Para os elementos estruturais, uma formulação de elementos finitos mistos possibilita a consideração de outros aspectos do concreto armado. Após a implementação computacional da modelagem proposta, foram realizados testes de validação, comparando seus resultados com dados experimentais e analíticos disponíveis.
Em seguida, o estudo de um caso hipotético, constituído por uma viga contínua suportada por fundações em argila que se adensa, permitiu examinar os efeitos dos vários aspectos do comportamento de ambos os materiais, isoladamente e combinados. Por fim, foi realizado um estudo de caso real de um edifício alto, levando-se em conta a fluência do concreto, o adensamento do solo e a sequência construtiva, permitindo comparar recalques calculados e medidos. O prédio teve reforço das fundações em um determinado estágio, o que foi incluído na análise. Os resultados da análise mostram que, embora o endurecimento do concreto e as armaduras aumentem a rigidez da estrutura, a fluência e a fissuração reduzem a rigidez de forma mais significativa.
Abstract
As the consideration of soil-structure interaction is increasingly being incorporated into design practice, there is a need for solutions that consider the most relevant aspects of the behaviour of both the concrete and the soil, some of which are time-dependent. The present work introduces a model that suits both the structure and the foundation – including the supporting soil – allowing the coupled analysis of hardening on cure, creep, shrinkage, cracking of concrete and tension stiffening, and consolidation of the soil. Both the structure and the foundation are modeled as one-dimensional finite elements. The time-dependent behaviour of the concrete and soil is modeled using Kelvin chains. For the structural elements, a mixed finite element formulation enables the consideration of other reinforced concrete aspects. After the computational implementation of proposed modeling, validation tests were carried out, comparing its results with available experimental and analytical data. Then, the study of a hypothetical case, consisting of a continuous beam supported by foundations on consolidating clay, allowed the examination of the various aspects of material behaviour, both singly and in combination. Finally, a real case study of a tall building was carried out, taking into account concrete creep, soil consolidation and construction sequence, leading to a comparison between calculated and measured settlements. The building had its foundations underpinned at a certain stage, which was included in the analysis. Analysis results show that, although concrete hardening and the reinforcement increase the stiffness of the structure, creep and cracking reduce the stiffness more significantly.
