BETÃO ESTRUTURAL - civil.ist.utl.ptcristina/EBAP/2006/01-Modelacao.pdf · para a análise da estrutura. Para prevêr o comportamento estrutural face às diversas acções a qque

1

MODELAÇÃOMODELAÇÃO

MODELAÇÃOMODELAÇÃO(da estrutura à região)(da estrutura à região)

BETÃO ESTRUTURALBETÃO ESTRUTURAL

João F. AlmeidaJoão F. AlmeidaMiguel S. LourençoMiguel S. Lourenço

Outubro 2005Outubro 2005

2


OBJECTIVOS DOS MODELOS DE CÁLCULO:OBJECTIVOS DOS MODELOS DE CÁLCULO:

� Analisar

� Dimensionar

� Pormenorizar

CONCEPÇÃOCONCEPÇÃO


DIMENSIONAMENTODIMENSIONAMENTO PORMENORIZAÇÃOPORMENORIZAÇÃO

OBJECTIVOOBJECTIVO

3


ANÁLISES ESTRUTURAIS (Identificação / modelação do “caminho das ANÁLISES ESTRUTURAIS (Identificação / modelação do “caminho das cargas”)cargas”)

� Análises globais

� comportamento às acções horizontais

� comportamento às acções verticais

� dimensionamento das fundações

� ...

� Análises locais (refinamento de zonas localizadas)

� zonas de laje pré-esforçada

� núcleos e paredes estruturais

� zonas de descontinuidade

� ...

ANÁLISES ESTRUTURAISANÁLISES ESTRUTURAIS

4


ANÁLISES GLOBAISANÁLISES GLOBAIS

� Um modelo demasiado refinado pode conduzir a uma perca grande de eficácia.

� Efectuar o modelo com o objectivo de analisar aspectos específicos.

� Equilibrio entre a complexidade do modelos, fiabilidade dos dados e o grau de

refinamento dos resultados.

ANÁLISES SIMPLIFICADASANÁLISES SIMPLIFICADAS

� Pré-dimensionamento

� Devem ser efectuados com o objectivo de obter uma ordem de grandeza dos

esforços e/ou deslocamentos.

� Validam os modelos globais e/ou locais e detectam possíveis erros de modelação.

ANÁLISES LOCAISANÁLISES LOCAIS

� Pretedem refinar o modelo global em zonas específicas

� A modelação não termina com o modelo global !!!

ANÁLISES ESTRUTURAISANÁLISES ESTRUTURAIS

5


� O empreendimento tem uma área de construção de aproximadamente 56400m2

� 27000m2 são abaixo do solo com um máximo de 7 pisos enterrados

� 29400m2 em 9 pisos elevados

� Está subdividido em 3 blocos estruturais (blocos A, B e C)

Bloco ABloco B

Bloco C

EXEMPLO DO CENTRO EMPRESARIAL DA PRAÇA DE ESPANHAEXEMPLO DO CENTRO EMPRESARIAL DA PRAÇA DE ESPANHA

ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOSESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS

6


A elaboração dum modelo global demasiado refinado revelaA elaboração dum modelo global demasiado refinado revela--se numa grande perca de eficácia se numa grande perca de eficácia para a análise da estrutura. Para prevêr o comportamento estrutupara a análise da estrutura. Para prevêr o comportamento estrutural face às diversas acções a ral face às diversas acções a que está sujeita, efectuaramque está sujeita, efectuaram--se diversos modelos de cálculo independentes adoptandose diversos modelos de cálculo independentes adoptando--se sesimplificações adequadas ao tipo de análise pretendida.simplificações adequadas ao tipo de análise pretendida.

ANÁLISE GLOBALANÁLISE GLOBAL OBJECTIVOS OBJECTIVOS Determinação dos Determinação dos esforços nos diversos esforços nos diversos elementos estruturais elementos estruturais para a acção sísmica.para a acção sísmica.Determinação das Determinação das frequências próprias e frequências próprias e modos de vibração modos de vibração principais.principais.Verificação da Verificação da deformabilidade global deformabilidade global e entre pisose entre pisos..............

SIMPLICAÇÕES DO MODELO SIMPLICAÇÕES DO MODELO Fundações simuladas com Fundações simuladas com encastramento perfeito.encastramento perfeito.Lajes com malhas pouco Lajes com malhas pouco refinadas, em geral.refinadas, em geral.Muros de contenção Muros de contenção simulados com apoios simulados com apoios simples.simples.Não se simularam as escadas Não se simularam as escadas de acesso.de acesso.Núcleos e paredes simuladas Núcleos e paredes simuladas com elementos de peça com elementos de peça linearlinear

Modelo de cálculo tridimensional Modelo de cálculo tridimensional efectuado num programa de efectuado num programa de cálculo automático onde as lajes cálculo automático onde as lajes são simuladas com elementos são simuladas com elementos finitos de casca e as vigas e finitos de casca e as vigas e pilares com elementos de peça pilares com elementos de peça linear.linear.

MODELO GLOBALMODELO GLOBAL

7

MODELAÇÃOMODELAÇÃO FUNDAÇÕESFUNDAÇÕES

� �

SIMULAÇÃO DAS FUNDAÇÕES NO MODELO GLOBALSIMULAÇÃO DAS FUNDAÇÕES NO MODELO GLOBAL

8

MODELAÇÃOMODELAÇÃO FUNDAÇÕESFUNDAÇÕES

MODELOS LOCAIS PARA O DIMENSIONAMENTO MODELOS LOCAIS PARA O DIMENSIONAMENTO E PORMENORIZAÇÃO DAS ARMADURASE PORMENORIZAÇÃO DAS ARMADURAS

9


MALHA DE E.F. DOS PISOS ELEVADOSMALHA DE E.F. DOS PISOS ELEVADOS MALHA DE E.F. DO PISO 2MALHA DE E.F. DO PISO 2

LAJESLAJES

SIMULAÇÃO DAS LAJES DOS PISOS ELEVADOS NO MODELO GLOBALSIMULAÇÃO DAS LAJES DOS PISOS ELEVADOS NO MODELO GLOBAL

10

MODELAÇÃOMODELAÇÃO LAJESLAJES

NAS LAJES DOS PISOS ELEVADOS ADOPTOUNAS LAJES DOS PISOS ELEVADOS ADOPTOU--SE UMA SOLUÇÃO PRÉSE UMA SOLUÇÃO PRÉ--ESFORÇADAESFORÇADA

11


Deformação para as cargas permanentesDeformação para as cargas permanentes

Def. das cargas equivalentes do préDef. das cargas equivalentes do pré--esforçoesforço

Carga permanente + PréCarga permanente + Pré--esforçoesforço

LAJESLAJES

MODELOS LOCAIS MODELOS LOCAIS -- LAJES PRÉLAJES PRÉ--ESFORÇADASESFORÇADAS

12


IxG

IyG

yIG

+ IxG

NÚCLEOSNÚCLEOS

SIMULAÇÃO DOS NÚCLEOS NO MODELO GLOBALSIMULAÇÃO DOS NÚCLEOS NO MODELO GLOBAL

13

MODELAÇÃOMODELAÇÃO PAREDES E NÚCLEOSPAREDES E NÚCLEOS

MODELOS LOCAIS MODELOS LOCAIS –– PAREDES COM DESCONTINUIDADESPAREDES COM DESCONTINUIDADES

14

MODELAÇÃOMODELAÇÃO VIGA PAREDEVIGA PAREDE

O desalinhamento de pilares em altura conduziu à O desalinhamento de pilares em altura conduziu à adopção de uma viga parede ao nível do piso 0adopção de uma viga parede ao nível do piso 0

15


PilarPilar

SIMULAÇÃO DA VIGA PAREDE NO MODELO GLOBALSIMULAÇÃO DA VIGA PAREDE NO MODELO GLOBAL

VIGA PAREDE VIGA PAREDE –– MODELO LOCALMODELO LOCAL

VIGA PAREDEVIGA PAREDE

16


PLANTA LOCALIZADA DA LAJEPLANTA LOCALIZADA DA LAJE MODELO DE CÁLCULOMODELO DE CÁLCULO

APOIO INDIRECTO DE VIGAAPOIO INDIRECTO DE VIGA

O modelo de cálculo não traduz a transmissão de carga no caso doO modelo de cálculo não traduz a transmissão de carga no caso do apoio indirecto de vigas, pelo apoio indirecto de vigas, pelo que o dimensionamento com base apenas no modelo conduz à adopçãoque o dimensionamento com base apenas no modelo conduz à adopção de quantidades de de quantidades de armaduras insuficientesarmaduras insuficientes

17

MODELAÇÃOMODELAÇÃO APOIO INDIRECTO DE VIGAAPOIO INDIRECTO DE VIGA

MODELO GLOBAL (M)MODELO GLOBAL (M) MODELO GLOBAL (V)MODELO GLOBAL (V)

MODELO LOCALMODELO LOCAL PORMENORIZAÇÃOPORMENORIZAÇÃO

Fb

V

C

T

a

Fy

Fy/F=1/3*(2a/z-1)

Suspensão da cargaVFb

18

MODELAÇÃOMODELAÇÃO VIADUTOS E PONTESVIADUTOS E PONTES

EXEMPLO DO VIADUTO SOBRE O RIO MIRA NA AUTOESTRADA A2EXEMPLO DO VIADUTO SOBRE O RIO MIRA NA AUTOESTRADA A2

19

MODELAÇÃOMODELAÇÃO TRANSMISSÃO DA CARGATRANSMISSÃO DA CARGA

TRANSMISSÃO DA CARGA ÁS FUNDAÇÕESTRANSMISSÃO DA CARGA ÁS FUNDAÇÕES

20

MODELAÇÃOMODELAÇÃO TRANSMISSÃO DA CARGATRANSMISSÃO DA CARGA

21


MODELOS GLOBAIS/LOCAIS UTILIZADOS NO DIMENSIONAMENTO ESTRUTURALMODELOS GLOBAIS/LOCAIS UTILIZADOS NO DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL

MODELOS DE ANÁLISEMODELOS DE ANÁLISE

22

MODELAÇÃOMODELAÇÃO MODELOS DE ANÁLISEMODELOS DE ANÁLISE

23


MODELOS LOCAIS MODELOS LOCAIS –– MACIÇOS DE ESTACASMACIÇOS DE ESTACAS

MACIÇOS DE ESTACASMACIÇOS DE ESTACAS

24


MODELOS LOCAIS MODELOS LOCAIS –– MACIÇOS DE ESTACASMACIÇOS DE ESTACAS


25


Element Force [kN]1 29172 29173 54144 38481' -29172' -29173' -54144' -38485 -90976 -67847 -75308 -57329 7219

10 513111 -721912 -5131

ϕ

σ

σ

MODELOS LOCAIS MODELOS LOCAIS –– DIMENSIONAMENTO E VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇADIMENSIONAMENTO E VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇA


26


PORMENORIZAÇÃOPORMENORIZAÇÃO


27


RECTA

A=647

Er

Er

Er

Er

Er

Er

Er

Er

Er

Fr

Fr

Fr

Fr

Fr

Fr

Fr

F r

F r

FrFr

Fr

F r

Fr

Fr

Fr

Fr

Fr

F r

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

Fr

F r

34

43.24

FARO ESP

ANHA

Er

Fr

Fr

Fr

Fr

Fr

Fr

Fr

Fr

Fr

Fr

PP

P

P P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

TC

TC

Fr

Fr

Fr

P

P

P

P

P

P

V

Fr

Fr

Fr

F r

Fr

Fr

Fr

Fr

P

P

P

P

P

P

P

P

V

A=647

R=1600

4+455

.37

PORTIMÃO

P.K.

3

P.K.

5

ESCALA 1 : 1000ALÇADO

VIADUTOS E PONTESVIADUTOS E PONTES

EXEMPLO DO VIADUTO V1(LAAL) DA AUTOESTRADA A22EXEMPLO DO VIADUTO V1(LAAL) DA AUTOESTRADA A22

28

MODELAÇÃOMODELAÇÃO DESCRIÇÃO DA ESTRUTURADESCRIÇÃO DA ESTRUTURA

SECÇÃO TRANSVERSAL DO TABULEIROSECÇÃO TRANSVERSAL DO TABULEIRO

29

MODELAÇÃOMODELAÇÃO MODELOS GLOBAISMODELOS GLOBAIS

30

MODELAÇÃOMODELAÇÃO MODELOS GLOBAISMODELOS GLOBAIS

As simplifacações adoptadas no modelo global foram devidamente vAs simplifacações adoptadas no modelo global foram devidamente validadas através de modelos alidadas através de modelos locais mais refinados locais mais refinados

31


Deslocamentos do aparelho de amortecimento sísmico

-0.0300

-0.0200

-0.0100

0.0000

0.0100

0.0200

0.0300

0.0400

0.0500

0 5 10 15 20 25 30

t [s]

d[m

]

Forças no aparelho de amortecimento sísmico

-2000.00

-1500.00

-1000.00

-500.00

0.00

500.00

1000.00

1500.00

2000.00

0 5 10 15 20 25 30

t [s]

F[k

N]

Relação Força/Deslocamento no aparelho deamortecimento sísmico.

-2000.00

-1500.00

-1000.00

-500.00

0.00

500.00

1000.00

1500.00

2000.00

-0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04

d [m]

P[k

N]

Esforços e deslocamentos devido à acção sísmicaEsforços e deslocamentos devido à acção sísmica

Deslocamentos nos Deslocamentos nos aparelhos de aparelhos de amortecimento sísmicoamortecimento sísmico

Forças nos aparelhos de Forças nos aparelhos de amortecimento sísmicoamortecimento sísmico

força / deslocamento no força / deslocamento no aparelhos amortecimento aparelhos amortecimento sísmicosísmico

1.20

Min 1.35Máx 1.50

0

500

1000

1500

2000

2500

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00v [m/s]

F [kN]

F=2000v0.1

ANÁLISE SÍSMICA NÃO LINEARANÁLISE SÍSMICA NÃO LINEAR

32


Esforço normal nas vigas para o sismo na direcção longitudinalEsforço normal nas vigas para o sismo na direcção longitudinal

Esforço normal nas vigas para o sismo na direcção transversalEsforço normal nas vigas para o sismo na direcção transversal

ANÁLISE SÍSMICA NÃO LINEARANÁLISE SÍSMICA NÃO LINEAR

33


1.20

Min 1.35Máx 1.50

MODELOS LOCAISMODELOS LOCAIS

MODELOS LOCAIS PARA A CARLINGA JUNTO DOS ENCONTROSMODELOS LOCAIS PARA A CARLINGA JUNTO DOS ENCONTROS

34


1800 kN2000 kN

1.53

-3.5MPa 829 kN

900kN900kN

829kN


MODELOS LOCAIS PARA OS MONTANTES DOS ENCONTROSMODELOS LOCAIS PARA OS MONTANTES DOS ENCONTROS

35

MODELAÇÃOMODELAÇÃO MODELOS LOCAISMODELOS LOCAIS


36


1800 kN2000 kN

135

kN/m

45kN

/m

140

kN/m

2879 kN

1.12

2879 kN-8.4MPa

2x900 kN



37

MODELAÇÃOMODELAÇÃO MODELOS LOCAISMODELOS LOCAIS


38

MODELAÇÃOMODELAÇÃO PORMENORIZAÇÃOPORMENORIZAÇÃO

PORMENORIZAÇÃO DOS ENCONTROSPORMENORIZAÇÃO DOS ENCONTROS

39

MODELAÇÃOMODELAÇÃO ART’S CENTERART’S CENTER

EXEMPLO DO ART’S CENTEREXEMPLO DO ART’S CENTER

40


MODELO GLOBAL DE UM DOS BLOCOSMODELO GLOBAL DE UM DOS BLOCOS


41


1.90

0.14

1.85

e=0.40

e=0.40 e=0.40 e=0.40

e=0.40 e=0.40

e=0.40

e=0.40

e=0.40

e=0.40 e=0.40

e=0.40

e=0.40 e=0.40

8.1008.1008.1008.100 8.100 8.1008.100 8.100 8.1008.100

I J

0.11

5

0.11

5

0.06

0

0.11

5

0.13

5

0.06

0

0.30

70.11

5

0.30

70.13

5APLICAÇÃO DE PRÉAPLICAÇÃO DE PRÉ--ESFORÇO NAS LAJESESFORÇO NAS LAJES

LAJESLAJES

42

MODELAÇÃOMODELAÇÃO LAJES LAJES –– APLICAÇÃO DA TEORIA PLASTICIDADEAPLICAÇÃO DA TEORIA PLASTICIDADE

MODELOS LOCAIS MODELOS LOCAIS –– DIMENSIONAMENTO DAS LAJES ÀS ACÇÕES VERTICAISDIMENSIONAMENTO DAS LAJES ÀS ACÇÕES VERTICAIS

43


-250.00

-200.00

-150.00

-100.00

-50.00

0.000 2.45 4.45 6.63 9.08 11.35 13.35 15.71

-350.00

-300.00

-250.00

-200.00

-150.00

-100.00

-50.00

0.00

50.00

100.00

150.00

0.3 4.3 7.6 13.1 16.2 19.1

M11

M22

LAJES LAJES –– APLICAÇÃO DA TEORIA PLASTICIDADEAPLICAÇÃO DA TEORIA PLASTICIDADE

MODELOS LOCAIS MODELOS LOCAIS –– ANÁLISE DOS MODELOS ANÁLISE DOS MODELOS

44


SISTEMA ESTRUTURAL DE SUSPENSÃOSISTEMA ESTRUTURAL DE SUSPENSÃO

SISTEMA SUSPENSÃOSISTEMA SUSPENSÃO

45


Aceleração vertical na extremidade da consola no piso 6

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0.00

0.02

0.04

0.06

0 5 10 15 20 25 30t (s)

a (m/s2)

Aceleração vertical na extremidade da consola no piso 6

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0.00

0.02

0.04

0.06

0 5 10 15 20 25 30t (s)

a (m/s2)

Modelo local do sistema suspensãoModelo local do sistema suspensão

Análise do comportamento em serviço Análise do comportamento em serviço e estados limites últimose estados limites últimos


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SISTEMA ESTRUTURAL DE SUSPENSÃO SISTEMA ESTRUTURAL DE SUSPENSÃO –– PRÉPRÉ--ESFORÇOESFORÇO

Como critério Como critério geral garantiugeral garantiu--se se a descompressão a descompressão

para a para a combinação rara combinação rara

de acções.de acções.

É necessário É necessário manter a rigidez manter a rigidez elástica da vigas elástica da vigas

de forma a de forma a garantir um bom garantir um bom comportamento comportamento

em serviçoem serviço


47


7

MODELOS LOCAIS MODELOS LOCAIS –– PAREDES COM DESCONTINUIDADESPAREDES COM DESCONTINUIDADES

PAREDES E NÚCLEOSPAREDES E NÚCLEOS

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