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Interação solo-estrutura
Modelos de edifícios
Encontro ABECE
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Quando considerar?
Como os elementos estruturais são afetados?
Quais os elementos estruturais mais afetados?
Quais os parâmetros do conjunto solo-estrutura são
determinantes para indicar a necessidade de considerar
a interação?
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NBR 6118:2014 Projeto de estruturas de concreto - Procedimento
Item 14.2.2 Premissas necessárias à análise estrutural
“Em casos mais complexos, a interação solo-estrutura deve ser contemplada
pelo modelo”
O que são casos mais complexos?
Item 22.6.3 Modelos de cálculo ( para sapatas)
“Deverá ser avaliada a necessidade de se considerar a interação solo-
estrutura”
Como avaliar essa necessidade?
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NBR 15812-1:2010 Alvenaria estrutural – Blocos cerâmicos - Parte 1:
Projeto
NBR 15961-1:2011 Alvenaria estrutural – Blocos de concreto - Parte 1:
Projeto
Não tocam no assunto.
O juízo é do projetista.
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NBR 16055:2012 - Parede de concreto moldada no local para a
construção de edificações – Requisitos e procedimentos
Item 1.5 Interação entre fundação e estruturas
A consideração no modelo estrutural da interação solo-estrutura é obrigatória
no caso de edifícios com mais de cinco pavimentos, considerando a
deformabilidade da fundação (inclusive vigas de apoio), conforme parâmetros
geotécnicos definidos por especialista em mecânica de solos. Deve-se no
mínimo considerar o modelo de molas discretas independentes localizadas
nos pontos de apoio das vigas de fundação.
...
O modelo com interação solo-estrutura é obrigatório para os casos de
fundação em níveis diferentes.
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Alguns pontos a ponderar:
O fluxo de tensões em um sistema hiperestático depende da rigidez relativa
dos elementos estruturais
Tanto a superestrutra como as fundações e o solo são deformáveis
As solicitações evoluem com o tempo
Recalques diferenciais podem ser muito danosos para a estrutura
Falta de uniformidade e regularidade contribui para a importância do fenômeno
A ductilidade dos elementos estruturais favorece a minimização de eventuais
problemas
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Plan view Plan view
(a) (b)
(c) (d) (e)
Plan view Plan view
(a) (b)
(c) (d) (e)
Planta Planta
a) Uma dimensão longa
b) Mudança súbita de forma
c) Cargas muito diferentes
d) Edifícios assentados sobre diferentes camadas de solo
e) Diferentes tipos de fundações
Juntas para prevenção de fissuras causadas por recalques diferenciais de
fundações (Fonte: Manual CIB_403)
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Estudo de caso 1 – Edifício Columbandê 2 (Testoni, 2013)
Características:
• 10 pavimentos – pórtico de concreto armado
• Concreto fck=25MPa Ec=23,8 GPa n=0,2
• Lajes h=10cm, Paredes t=12cm
• Fundações em vigas-baldrame (20/50) apoiadas sobre pilaretes (30/30)
que nascem no CG dos blocos
• Blocos de 3 estacas d=23cm, capacidade nominal 3 x 300 = 900kN
• Solo caracterizado por 3 perfis de sondagem – estacas de 4 e 5 m
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Modelos utilizados para interação solo-estrutura:
• Modelo Schiel para distribuição nas estacas
• Método Aoki-Velloso para capacidade das estacas
• Método Aoki-Lopes para estimativa de recalque do solo
• Blocos-rígidos sobre estacas - interagem entre si.
Adaptado de Iwamoto, 2000 Fonte: Aoki-Lopes,1975
Modelagem em elementos finitos:
• Paredes: - 1º pavimento: elementos planos de casca (arco)
- demais: barra
• Vigas: elementos de barra
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• Tendência uniformizante
• Mudanças significativas
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Estudo de caso 2 – Edifício Teste
Características:
• 15 pavimentos – sistema tradicional laje/viga/pilar
• Fundações em sapatas rígidas isoladas
• Concreto fck=25MPa
• Ação do vento: Vo=40m/s (não turbulento), S1=S3=1,0
• Solo: Resistência à compressão =500kN/m2 (Ponderador 2,2)
• SPT médio = 17
• Kv=21.000 kN/m3
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Pav. tipo
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Sapatas
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Modelagem em elementos finitos:
• Software: Diana®
• Vigas e pilares: elementos de barra (pórtico tridimensional)
• Análises realizadas: Ação instantânea (AI) e evolutiva (AE)
• Condições de contorno: apoios fixos (AF)/ deformáveis (ISE)
Resultados seguintes para o pórtico
Indicado (eixo A)
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Resultados para AF (apoios fixos):
AI-AF AE-AF AI*-AF
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Resultados para AF e ISE (apoio fixo e deformável):
AI*-AF AI*-ISE AE-ISE
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Momentos fletores nas extremidades
do 1o vão
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Reações verticais na base dos pilares (kN)
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Recalques na base (mm)P1 P2 P3 P6 P7 P8
AE_ISE -8,69 -9,39 -9,22 -10,62 -11,03 -10,93
AI_AF -8,08 -9,29 -9,40 -12,21 -16,15 -16,34
Dif.% -7% -1% 2% 15% 46% 49%
Calculado com o procedimento de Steinbrenner - Esolo= 35.000 kN/m2 nsolo= 0,3
Consideração da ação do vento e estabilidade global
AE_ISE AI_ISE AE_AF AI_AF
Altura/flecha topo 736 737 850 850
Gamaz 1,11 1,10
Cálculo de recalques