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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2020.tde-01042021-155954
Documento
Autor
Nome completo
Marlan Derlan Serra Cutrim
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2020
Orientador
Banca examinadora
Almeida, Valério da Silva (Presidente)
Paccola, Rodrigo Ribeiro
Ribeiro, Dimas Betioli
Título em português
Análise linear estática e dinâmica de edifício considerando a interação solo e fundação rasa ou profunda.
Palavras-chave em português
CFD
Edifícios
Fundações profundas
Fundações rasa
Interação fluido-estrutura
Interação solo-estrutura
Resumo em português
O trabalho objetiva a análise estática e dinâmica de edifícios considerando sua interação com o solo, fundações e ações de vento. Para esse fim, aplica-se um modelo numérico para cálculo de coeficientes de reação para simular a interação solo estrutura (ISE) em elementos de fundação rasa e profunda por estacas. Avalia-se a resposta do modelo de ISE associada a cargas de vento obtidas pela norma brasileira NBR 6123/88 e por um modelo numérico advindo da mecânica dos fluidos computacional (Computational Fluid Dynamics - CFD). A influência do solo foi computada considerando-se a hipótese de Winkler, desenvolvida com o uso das equações Mindlin e incorporando o método semi-empírico de Aoki-Velloso (1975), obtendo-se assim os coeficientes de reação vertical. A influência da fundação foi acoplada à superestrutura do edifício que é formulado pelo Método dos Elementos Finitos (MEF). A resposta do modelo estático de ISE, em relação aos recalques imediatos, foi comparado com formulações numéricas mais sofisticadas baseadas no MEF, no Método dos Elementos de Contorno (MEC) e com ensaios de prova de carga estática em estacas, mostrando que o presente modelo representa adequadamente o problema exposto com a vantagem de ter baixo custo computacional em relação ao MEF/MEC. Desenvolveu-se um modelo dinâmico que acopla as ações de vento simuladas com o modelo CFD com a estrutura-solo-fundação, de modo que se comparam-se as respostas de esforços e deslocamentos desenvolvidos no conjunto edifício-solo-fundação perante às ações de vento obtidas pela NBR 6123/88 e as advindas do modelo CFD. As ações de norma apresentaram respostas conservadoras em relação às obtidas com perfis de vento resultantes do CFD. O perfil de cargas de vento obtido pelo modelo numérico da mecânica dos fluidos mostrou-se semelhante ao perfil de vento obtido pela norma, porém com valores menores. Os resultados obtidos pelo modelo de ISE corroboram a consideração de que uma base deformável gera a redistribuição de esforços, mais proeminente nos primeiros pavimentos do edifício.
Título em inglês
Static and dynamic linear analysis of building considering shallow or deep foundation interaction.
Palavras-chave em inglês
CFD
Deep foundation
Fluid-structure interaction
Soil-structure interaction
Resumo em inglês
The work aims at the static and dynamic analysis of buildings considering their interaction with the soil, foundations and wind actions. For this purpose, a numerical model of reaction coefficients is applied to evaluate the soil-structure interaction (SSI) in shallow and deep foundation elements by piles. The response of the SSI model associated with wind loads obtained by the Brazilian standard NBR 6123/88 and by a numerical model derived from computational fluid dynamics (CFD) is evaluated. The SSI model was developed taking into account the Winkler hypothesis, developed using the Mindlin's equations and incorporating the semi-empirical method of Aoki-Velloso (1975), thus obtaining the vertical reaction coefficients. The foundation's influence was coupled to the superstructure based on the Finite Element Method (FEM). The response of the SSI static model, in relation to the immediate settlements developed, was compared to more sophisticated numerical formulations based on the FEM coupled to the Boundary Elements Method (BEM) and to tests of static load proof in piles, showing that the present model adequately represents the problem exposed with the advantage of having low computational cost. A dynamic model was also developed that couples the fluid actions arising from the CFD model with the soil-foundation structure, so that the responses of loads and displacements developed in the buildingsoil-foundation set were compared to the wind actions obtained by NBR 6123/88 and those arising from the CFD model. The norm actions showed conservative responses in relation to those obtained with CFD wind profiles. The wind load profile obtained by the numerical model of fluid mechanics was similar to the wind profile obtained by the standard, but with lower. The results obtained by the SSI model corroborate the view that a deformable base generates the redistribution of loads, more prominent in the first floors of the building.
 
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Data de Publicação
2021-04-05
 
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