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Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo

Departamento de Engenharia de Estruturas 1 / 23

Interação solo-estrutura

Modelos de edifícios

Encontro ABECE



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?



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?



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.



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.



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



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)



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



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



• Tendência uniformizante

• Mudanças significativas



17%

15%

24%



27%

28%



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



Pav. tipo



Sapatas



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)



Resultados para AF (apoios fixos):

AI-AF AE-AF AI*-AF



Resultados para AF e ISE (apoio fixo e deformável):

AI*-AF AI*-ISE AE-ISE



Momentos fletores nas extremidades

do 1o vão



Reações verticais na base dos pilares (kN)



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

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