ANÁLISE DA INTERAÇÃO SOLO ESTRUTURA EM EDIFÍCIOS DE CONCRETO ARMADO

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Keywords: soil-structure interaction; structure stability ; gamaZ ; internal forces

1 Introdução

1.1 Análise da interação solo estrutura em edifícios de concreto armado

O projeto de estruturas para obras civis engloba, normalmente, estimar todos os carregamentos passíveis de atuar sobre a estrutura, idealizando o seus efeitos sobre a mesma, de maneira que seja possível ter uma previsão de seu comportamento e desempenho com um grau de precisão conhecido, para que quando executada, a estrutura se comporte de maneira semelhante ao estimado. Neste sentido, as ferramentas computacionais para análise estrutural permitiram um avanço significativo, pois permitem que o projetista simule as mais diversas situações de forma rápida e prática, dando agilidade ao projeto.

Entre as possibilidades geradas pelo emprego de ferramentas computacionais, está a de considerar a interação solo-estrutura (ISE). Este tipo de análise era inviável para as estruturas correntes antes do emprego de computadores, pois demandava um processo iterativo de solução, muito custoso para execução manual. Com a otimização dos algoritmos de solução computacional e com a grande capacidade de processamento disponível nos computadores modernos, o emprego da interação solo-estrutura nos modelos passou a ser viável, proporcionando análises mais realistas e detalhadas.

A consideração da interação solo-estrutura na etapa de projeto demanda o conhecimento das características do solo durante o projeto estrutural, ou seja, demanda a interação entre as equipes de projeto estrutural e geotécnico durante o projeto da estrutura. Essa necessidade, faz com que ainda hoje sejam desenvolvidos projetos onde a interação solo-estrutura é desconsiderada e a edificação é considerada assentada sobre elementos de fundação perfeitamente rotulados ou engastados, (IWAMOTO, 2000). Como a etapa de análise e solução da estrutura, onde busca-se definir os esforços internos atuantes nos elementos, depende dos vínculos aplicados (tipos de fundações adotados), os esforços internos desenvolvidos tendem a ser diferentes quando há consideração ou não da interação solo-estrutura.

A não consideração dos efeitos que a edificação provoca sobre o solo aonde se assenta, é uma suposição que pode divergir muito da realidade. Para Aoki (1987) e Gusmão e Gusmão Filho (1994), os recalques no solo provocados pelo edifício induzem perturbações na própria estrutura, alterando seu fluxo de cargas e resultando na mudança dos valores dos esforços internos nos elementos estruturais. Quando não considerada durante o projeto, essa nova distribuição de esforços pode provocar o aparecimento de patologias na estrutura depois de executada.

Contudo, quantificar o quão influente é a consideração ou não da interação solo-estrutura sobre os esforços internos de uma edificação e qual a melhor maneira de fazer essa consideração, são atividades que ainda carecem de estudos específicos. Nos congressos nacionais ainda é pequeno o número de trabalhos e as metodologias de análise são divergentes. Assim, neste estudo é proposta a análise de um edifício modelo hipotético assentado sobre estacas hélice-contínua, primeiramente dimensionado sem a consideração do interação solo-estrutura, e, depois, verificado com ISE para duas possibilidades de comportamento de solo, mais ou menos deformável.

2 Metodologia

Foi escolhida uma edificação hipotética em concreto armado, composta por dez pavimentos iguais, com planta de forma retangular, com sistema aporticado para contraventamento e assentada sobre estacas tipo hélice-contínua isoladas. A Figura 1 apresenta a planta de formas do pavimento tipo e a Figura 2 o esquema de ligação estaca-pilar.

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Figura 1 – Planta de forma tipo da edificação em análise (medidas em centímetros). (Autoria Própria).

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Figura 2 – Esquema de ligação pilar-estaca isolada. (Autoria Própria).

Para solução da estrutura foram utilizados dois softwares. O primeiro, SAP 2000 V12, permite a análise da estrutura de maneira tridimensional, utilizando o método dos elementos finitos. Neste, foram utilizados elementos de barra para as vigas e pilares e elementos de placa para as lajes. O segundo software foi o Ftool 3.01. Este é um programa para análise estruturais planas, com fins educacionais, assim, foi necessário lançar mão do método dos pórticos associados para a análise da estrutura, utilizando barras de elevada rigidez axial para ligá-los. A Figura 3 (a) apresenta uma perspectiva da estrutura lançada no SAP 2000 V12 e a Figura 3 (b) um dos planos associados para análise no Ftool 3.01.

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Figura 3 – Análise de pórticos espaciais e planos, vista softwares SAP2000 (a) e Ftool (b), (Autoria Própria)

2.1 Parâmetros de Projeto

2.1.1 Consideração aproximada da não linearidade física

Em uma análise de segunda ordem os valores correspondentes ao momento de inércia e módulo de elasticidade dos elementos estruturais devem ser considerados com uma rigidez imediatamente antes da ruptura, resultado da existência de fissuras devido a flexão. Segundo a NBR 6118:2014, na análise dos esforços globais de segunda ordem em estruturas reticuladas, com no mínimo quatro pavimentos, pode ser considerada a não linearidade física de forma aproximada, tendo como rigidez dos elementos estruturais os seguintes valores:

Lajes: (EI)sec= 0,3*Eci*Ic (Equação 1).

Vigas:(EI)sec= 0,4*Eci*Ic, para As' ≠ As (Equação 2).

Pilares: (EI)sec= 0,8*Eci*Ic (Equação 3).

Onde:

(EI)sec é a rigidez secante da peça.

Eci é o módulo de elasticidade inicial do concreto definido de acordo com a NBR 6118:2014.

Ic é o momento de inércia da peça íntegra, sem fissuração.

As e As' são as áreas de aço inferior e superior, respectivamente.

A adoção da não linearidade física leva a consideração