Orientador: Euclides de Mesquita Neto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-11T22:28:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Labaki_Josue_M.pdf: 3947759 bytes, checksum: c5da0923c5de9a3144d7bb1d71187a9e (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Estados auxiliares são soluções analíticas ou numéricas para operadores matemáticos, sujeitas às condições de contorno de um determinado problema da física matemática. Embora a solução de tais estados tenha aplicação prática limitada a problemas elementares, pode ser utilizada para resolver problemas reais de engenharia através de formulações como o Método dos Elementos de Contorno (MEC). Neste trabalho, usa-se a linguagem Fortran para implementar uma formulação indireta do MEC, utilizando um estado auxiliar viscoelastodinâmico não-singular, com o objetivo de analisar problemas de domínios limitados ou ilimitados, sujeitos a carregamentos estacionários, discretizados somente no contorno por elementos retangulares, constantes e descontínuos. Valida-se minuciosamente uma implementação para este estado auxiliar, e para isso desenvolve-se um estudo sobre quais são, como utilizar e quais as limitações das fontes de validação disponíveis para este tipo de problema. Ao fim, compara se alguns resultados obtidos com o programa em Fortran frente às respostas clássicas da bibliografia para problemas dinâmicos de barra, viga e domínios ilimitados. / Abstract: Auxiliary states are numerical or analytical solutions for mathematical operators, subjected to the boundary conditions of a given problem. Although the solution of these states has its utility limited to elementary problems, it can be used to solve a more real sort of engineering problems through formulations such as the Boundary Element Method (BEM). This work describes an implementation of BEM's Indirect formulation, based on a non-singular, viscoelastodynamic auxiliary state, aiming the analysis of both limited- and unlimited-domain problems, subjected to stationary loadings. The problem is modeled by means of constant, discontinuous, rectangular boundary elements. The present implementation for the viscoelastodynamic auxiliary state is carefully validated. For this purpose, this work also describes a study on validation sources for this kind of states, including their uses and limitations. The final program, written in the Fortran programming language, is used to analyze classic elementary engineering problems, such as bars and beams, and also the case of unlimited domains. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

O objetivo do trabalho é mostrar através de um modelo numérico a importância da consideração da interação estrutura - solo na análise global da estrutura. No modelo de estrutura tridimensional utilizado é considerada a contribuição da rigidez transversal à flexão das lajes, a existência de excentricidades das vigas em relação aos pilares e a hipótese de diafragma rígido no plano horizontal de cada pavimento. Serão consideradas fundações profundas em estacas verticais submetidos à carga de compressão axial ligadas ao bloco suposto rígido, nas quais o efeito de grupo de estacas imersas no solo é calculado considerando a continuidade do solo. A análise da interação do sistema solo – estrutura será feito através dos ajustes das rigidezes de fundações pelo processo iterativo até que ocorra uma certa convergência nos recalques ou nas reações. Com isso, procura-se mostrar que a análise integrada da estrutura e o solo possibilita uma melhor estimativa dos recalques diferenciais e reações nos apoios, assim como a redistribuição dos esforços nos elementos estruturais com o comportamento mais real da interdependência dos esforços entre a estrutura e o solo / The main aim of this work is to use a numerical model for soil – structure interaction and the importance of their consideration in a global structural analysis. For the structure the model considers the contribution of transverse bending stiffness of slabs, the exccentricy of beams in relation to the pile, and the hypothesis of rigid diaphragms in the plane of the slabs. Primary attention is placed on vertically loaded pile under rigid pile cap in which the influence of pile groups imerse in the soil is calculated considering the soil continuity. The analysis of soil – structure interaction is done in an iterative process by adjusting the stiffness of the foundation until a certain preestablished convergence of calculated settlements or load reactions are obtained. In this manner it’s shown that the integrated analysis of the structure and soil medium leads to better results of differential settlements and load reactions of the supports. In the same manner, this analysis procedure leads to a better estimate of the internal forces in the structural elements, showing a more realistic behaviour of interdependence betwen the strucutre and the soil medium

Orientador : Euclides de Mesquita Neto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-02T21:23:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Adolph_Marco_M.pdf: 11603715 bytes, checksum: e85d866a02dcbe5ab183387ffe253791 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Neste trabalho, foi desenvolvida uma metodologia para obtenção de Funções de Green e Influência para os problemas visco-elastodinâmicos transientes. A técnica é baseada no uso das transformadas numéricas de Fourier sobre as funções de Green e Influência obtidas numericamente na solução do problema estacionário. O tratamento do sinal em freqüência, necessário para as transformadas numéricas de Fourier, é apresentado. Foram analisados os efeitos dos modelos de amortecimento sobre a resposta transiente. Os modelos estudados foram o amortecimento histerético constante, o modelo de Kelvin-Voigt e um modelo de "rampa". São apresentadas as formulações para o estudo de fundações rígidas de superfície com o uso das funções de Influência estacionárias e das transientes. Para a formulação em freqüência, foi desenvolvida a técnica para obtenção da resposta transiente de maneira semelhante àquela adotada nas funções de Green. Nessa formulação, foram estudados efeitos de não causalidade provocados pelo modelo de amortecimento. A formulação de fundações rígidas no tempo, utilizando a integral de convolução para superposição de efeitos, permitirá, posteriormente, a inclusão dos efeitos de contato / Abstract: This dissertation describes a methodology based on the Fast Fourier Transfonn - FFT to synthesize transient Green and Influence functions for unbounded viscoelastic domains. The FFT algorithm is applied to Green or Influence functions that has been previously obtained in the frequency domain. The techniques used to treat the functions in the frequency domain are presented. The effect of three distinct damping models on the transient response has been studied. The constant hysteretic damping model, as well as the Kelvin-Voigt and a ramp-like model are inc1uded in the analysis. This work also presents two strategies to obtains the transient response of rigid surface foundations interacting with viscoelastic soils, modeled as half-spaces. The first strategy is the direct transformation of the rigid foundation frequency response into transient responses via the FFT algorithm. The second strategy is based on the superposition of transient stress-boundary value problems, which together with equilibrium and kinematic compatibility equations, leads to the rigid foundation response. This second strategy allows, in principle, the non-linear, transient contact problem between soil and foundation interface to be addressed. / Mestrado / Mecanica dos Solidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Neste trabalho é realizado um estudo da sensibilidade de estruturas de paredes de concreto moldadas no local quanto à deslocabilidade dos seus apoios, a fim de determinar sua influência na redistribuição dos esforços nos elementos estruturais. Para tanto, utiliza-se um modelo de referência, que discretiza a superestrutura através de elementos finitos de casca e avalia a interação solo-estrutura através de métodos iterativos, que consideram a rigidez da edificação, a heterogeneidade do solo e o efeito de grupo das fundações. Para quantificar e avaliar os efeitos da interação solo-estrutura realiza-se um estudo paramétrico, em que a influência do tipo de fundação (profunda ou superficial), número de pavimentos (cinco, dez e quinze) e a forma da edificação (quadrada e alongada) são avaliadas. Um modelo simplificado de análise estrutural, em que a interação solo-estrutura é considerada e as paredes de concreto são discretizadas por elementos de barra, acima do segundo pavimento, foi proposto e avaliado, por meio de comparações com os resultados do seu respectivo modelo de referência. Por fim, foram discutidas as implicações e a importância da consideração do efeito da deslocabilidade dos apoios e feitas recomendações sobre a modelagem simplificada. Observa-se: alívio dos apoios com maiores recalques, tendência de uniformização dos recalques, maior influência nas paredes inferiores e suficiência dos cincos primeiros pavimentos na definição de rigidez solo/estrutura. / In this paper, a sensitivity study was carried out of concrete reinforced walls molded on site regarding the displaceability of their supports, in order to determine their influence on the redistribution of internal forces in structural elements. In order to do this, a reference model was used, which discretizes the superstructure using shell finite elements and evaluates the soil-structure interaction by iterative methods that consider the rigidity of the building, the soil heterogeneity and the group effect of foundations. To quantify and assess the effects of soil-structure interaction, a parametric study was carried out in which the influence of the type of foundation (deep or shallow), number of floors (five, ten and fifteen) and the shape of the building (square, elongated) are evaluated. A simplified model of the structural analysis, in which the soil-structure interaction is considered and the concrete walls are discretized by bar elements, above the second floor, was proposed and evaluated by comparing its respective reference model with the results. Finally, the implications and the importance of considering the effect of displaceability of the supports were discussed and recommendations were made about the simplified modeling. The analysis denotes: relief of reactions on supports with larger settlements, tendency of settlements standardization, larger influence on the lower walls and that the first five floors are enough to define the relative soil/structure stiffness.

Interação solo-estrutura é o objeto de estudo deste trabalho. O principal objetivo é verificar a verdadeira importância desse fenômeno na análise estrutural de edifícios usuais em concreto armado sobre fundações diretas. Inicialmente apresenta-se um estudo sobre o comportamento do solo. Logo após são descritos os processos de dimensionamento de fundações superficiais, com base na NBR 6122 (1996). Descrevem-se em seguida os elementos barra e sapata rígida, utilizados na modelagem do sistema superestrutura-subestrutura-maciço de solos. Discute-se a modificação do elemento sapata rígida, que representa fundação e solo, para a consideração de uma camada indeslocável no interior do solo. De acordo com a teoria apresentada, dois exemplos são submetidos a duas análises, com ou sem a consideração da interação sol-estrutura, para que os resultados sejam comparados. Aplicam-se separadamente as ações verticais e horizontais. A influência duma camada indeslocável no interior do solo e os efeitos da seqüência construtiva dos edifícios também são analisados. / Soil-structure interaction is the subject of this work. The foremost aim is to verify the real importance of that phenomenon on the structural analysis of usual reinforced concrete buildings on shallow foundations. At first, it is presented a study of soil behaviour. Design procedures of shallow foundations based on NBR 6122 (1996) are described afterwards. Then, the beam and rigid footing elements, used for modelling the superstructure-infrastructure-foundation soil system, are described. It is discussed the modification of the rigid footing element, which represents foundation and soil, to consider a rigid layer within soil. According to the theory above presented, two examples are subjected to two analysis, with or without the consideration of soil-structure interaction, in order to compare the results. Vertical and horizontal loads are separately applied. The influence of a rigid layer within soil and the effects of the sequence of buildings construction are also analysed.

O trabalho propõe avaliação das respostas de esforços e deslocamentos de edifícios 3D considerando a interação solo-fundação-estrutura usando o conceito de Confiabilidade Estrutural. Para isso, empregam-se os Métodos dos Elementos Finitos (MEF) para a análise de estruturas e os métodos de Monte Carlo Simples (MCS) e First Order Second Moment (FOSM) para calcular sua segurança perante a inserção de variabilidade em certos parâmetros significativos no projeto, como as incertezas dos dados de rigidez do solo e a velocidade de vento. A formulação do edifício é baseada no MEF com elementos de barra e de casca, sendo as vigas, pilares e estacas elementos de barra e as sapatas em elementos de casca. Essa formulação é elastostática, mas permitindo a analise não-linear geométrica para os pilares. O solo é representado pelo modelo discreto de Winkler, o qual substitui sua influência contínua por molas pontuais com rigidezes equivalentes, tanto para a fundação rasa (sapatas isoladas) como para profunda (estacas). Com os resultados obtidos pelos modelos gerados, são feitas discussões e comparações com os métodos tradicionais de avaliação do fenômeno de recalque diferencial confrontando limites de índices de confiabilidade apresentados no Joint Committee on Structural Safety (JCSS, 2001) e os valores absolutos propostos pela literatura com base na Associação Brasileira de Normas Técnicas, ABNT, NBR6122: Projeto e execução de fundações (2010). Realiza-se também a análise de Estado Limite Último de pilares submetidos a flexo-compressão oblíqua com não linearidade física, de modo a avaliar o dimensionamento com fatores de segurança parciais da NBR 8681: Ações e segurança nas estruturas - Procedimento (2004) e Métodos de Confiabilidade Estrutural. / This work proposes the evaluation for the effects of forces and displacements about 3D buildings considering the soil-foundation-structure interaction using the concept of Structural Reliability. To do so, it is applied the Finite Elements Method (FEM) for the structural analysis and Simple Monte Carlo Method (SMC) and the First Order Second Moment (FOSM) to calculate its safety towards the application of variability at certain significant parameters of the project, as the uncertainness about the data of soil stiffness and wind speed. The building\'s formulation is based on the FEM with framed bars and shell elements, being beams, columns and piles as beam elements and the footings as shell elements. That formulation is elastostatic, although permits a non-linear geometric analysis for the columns. The soil is represented by the discrete Winkler\'s model, in which substitutes its continuum influence by nodal springs with equivalent stiffness, such as for shallow foundations (isolated footings), as for deep foundations (piles). With the results obtained by the generated models, discussions are done and comparisons about traditional method to evaluate the phenomenon of the differential settlement confronting the limits of the reliability presents in the Joint Committee on Structural Safety (JCSS,2001) and the absolute values proposed by the literature based on the Brazilian Association of Technical Standards, ABNT, NBR6122: Project and execution of foundations (2010). An analysis about the Ultimate Limit State of columns submitted by flexo-compression with physical non-linearity it is also performed, so that to compare the design with partial safety factors of the NBR 8681: Action and safety on structures - Proceedings (2004) and structural reliability methods.

Apresenta-se uma ferramenta para análise de edifícios de concreto armado assentados sobre sapatas, capaz de avaliar os efeitos decorrentes da deformabilidade do maciço de solos nas peças da superestrutura (lajes, vigas e pilares) e nos elementos estruturais de fundação (EEF). O software possibilita uma análise mais refinada das solicitações e, conseqüentemente, do real comportamento mecânico da estrutura. O programa ISE (Interação Solo-Estrutura), desenvolvido em linguagem FORTRAN, realiza o cálculo dos deslocamentos segundo o método proposto por Aoki & Lopes em 1975, que por sua vez faz uso das equações apresentadas por Mindlin em 1936, com base na teoria da elasticidade. Devido à grande variabilidade, o solo é tratado como meio heterogêneo, recorrendo-se ao procedimento sugerido por Steinbrenner, em 1934, para cálculo de recalques em meios estratificados. O método dos elementos finitos (MEF) é empregado na modelgagem dos EEF como elementos de casca planos, para determinação das componentes de deslocamento u, v e w. A compatibilização de deslocamentos, na região de contato entre a superfície de assentamento e a face inferior das sapatas, é condição necessária e suficiente para garantir o equilíbrio e a continuidade. Com o intuito de tornar mais amigável o uso do código computacional, é criada uma interface gráfica em Delphi e gerado um arquivo com extensão DXF, possibilitando a visualização da geometria do sistema de fundação. A elaboração de exemplos comprova a validade da formulação desenvolvida, por meio da comparação com resultados de outras metodologias presentes na literatura / This work presents a tool for reinforced concrete building based in direct foundation analysis able to evaluate effects in the superstructure constituent (slab, beams and columns) and foundation structural elements (FSE) resulting from soil deformability, making possible an efforts sophisticated analysis and real mechanical behavior of the structure. The program SSI (Soil-Structure Interaction), developed in FORTRAN language, calculates displacements increases by the Aoki & Lopes’s method. Proposed in 1975, the method uses de Mindlin’s equations showed in 1936 and based in the theory of elasticity. Due great variability, the soil is treated like a heterogeneous medium, appealing to the Steinbrenner proceeding suggested in 1934, for the estimate of displacements in multilayers medium. The finite element method (FEM) is used in FSE modeling as shell elements for determination of displacements components u, v and w. The displacements compatibilization in contact zone between surface support and FSE below side is necessary and sufficient condition for equilibrium guarantee and continuity. Turning more friendly the software use, a graphical interface, in Delphi, is made and created a DXF file, making possible the geometry visualization of foundation system. The examples elaboration prove the developed formulation validity through results comparison with others methodologies

Nesta pesquisa estudou-se a influência de recalques em edifícios de alvenaria estrutural. Inicialmente os efeitos desses deslocamentos foram avaliados por meio de uma investigação numérica preliminar. A partir das análises realizadas foram definidos alguns casos mais interessantes de painéis constituídos por parede de alvenaria sobre viga de concreto armado para serem submetidos a ensaios em laboratório. Desta forma foi possível observar experimentalmente o comportamento desses painéis, variando-se alguns dos parâmetros mais importantes: existência e tipo de abertura e rigidez da viga. Além disso, foram avaliadas algumas alternativas para a minimização da fissuração. Utilizando os resultados experimentais, foram realizadas novas análises numéricas com o intuito de validar a modelagem adotada. Verificou-se em especial a importância de consideração da não-linearidade de contato. / In this research, the influence of settlements on structural masonry buildings has been studied. Initially the effect of these displacements was evaluated by means of a preliminary numerical investigation. From these analyses, some interesting cases of panels made of masonry wall on reinforced concrete beam were defined to be submitted to laboratory tests. Thus, it was possible to experimentally observe the behavior of these panels, varying some of the most important parameters: existence and type of opening and rigidity of the beam. Moreover, some cracking minimization alternatives have been evaluated. Using the experimental results, new numerical analyses have been performed to validate the modeling adopted. The importance of contact non-linearity consideration has been specially verified.

Neste trabalho é realizado um estudo da sensibilidade de estruturas de paredes de concreto moldadas no local quanto à deslocabilidade dos seus apoios, a fim de determinar sua influência na redistribuição dos esforços nos elementos estruturais. Para tanto, utiliza-se um modelo de referência, que discretiza a superestrutura através de elementos finitos de casca e avalia a interação solo-estrutura através de métodos iterativos, que consideram a rigidez da edificação, a heterogeneidade do solo e o efeito de grupo das fundações. Para quantificar e avaliar os efeitos da interação solo-estrutura realiza-se um estudo paramétrico, em que a influência do tipo de fundação (profunda ou superficial), número de pavimentos (cinco, dez e quinze) e a forma da edificação (quadrada e alongada) são avaliadas. Um modelo simplificado de análise estrutural, em que a interação solo-estrutura é considerada e as paredes de concreto são discretizadas por elementos de barra, acima do segundo pavimento, foi proposto e avaliado, por meio de comparações com os resultados do seu respectivo modelo de referência. Por fim, foram discutidas as implicações e a importância da consideração do efeito da deslocabilidade dos apoios e feitas recomendações sobre a modelagem simplificada. Observa-se: alívio dos apoios com maiores recalques, tendência de uniformização dos recalques, maior influência nas paredes inferiores e suficiência dos cincos primeiros pavimentos na definição de rigidez solo/estrutura. / In this paper, a sensitivity study was carried out of concrete reinforced walls molded on site regarding the displaceability of their supports, in order to determine their influence on the redistribution of internal forces in structural elements. In order to do this, a reference model was used, which discretizes the superstructure using shell finite elements and evaluates the soil-structure interaction by iterative methods that consider the rigidity of the building, the soil heterogeneity and the group effect of foundations. To quantify and assess the effects of soil-structure interaction, a parametric study was carried out in which the influence of the type of foundation (deep or shallow), number of floors (five, ten and fifteen) and the shape of the building (square, elongated) are evaluated. A simplified model of the structural analysis, in which the soil-structure interaction is considered and the concrete walls are discretized by bar elements, above the second floor, was proposed and evaluated by comparing its respective reference model with the results. Finally, the implications and the importance of considering the effect of displaceability of the supports were discussed and recommendations were made about the simplified modeling. The analysis denotes: relief of reactions on supports with larger settlements, tendency of settlements standardization, larger influence on the lower walls and that the first five floors are enough to define the relative soil/structure stiffness.

Fundações do tipo radier estaqueado são aquelas formadas pelos elementos estruturais de placa e estacas (elementos de barras) e o solo . Ao contrário de outras tipos de fundações, onde a carga da superestrutura é transferida ao solo pelo radier ou pelas estacas apenas, no radier estaqueado a contribuição das estacas, bem como a do radier são consideradas. As estacas transferem as cargas da superestrutura ao solo e, assim, permitem a redução dos recalques de uma forma muito econômica. O objetivo do presente trabalho é a análise da interação solo-estrutura através do acoplamento MEC-MEF. O solo é considerado um semi-espaço homogêneo, elástico e linear governado pela equação de Navier e modelado pelo Método dos Elementos de Contorno (MEC), admitindo a solução fundamental de Mindlin. As estacas são modeladas pelo Método dos Elementos Finitos (MEF) e cada elemento possui quatro nós. Além disso, as estacas podem receber forças horizontais, verticais e momentos. A tensão de cisalhamento ao longo da estaca é aproximada por um polinômio do segundo grau e as forças na direção horizontal são aproximadas por um polinômio do quarto grau. O elemento de fundação que faz a ligação do pilar com a estaca é representado por uma placa de grande rigidez, que apresenta o comportamento de um bloco. A interação entre o radier estaqueado e o solo é feita através da reação resultante da interação estaca-solo, nos nós com estaca. A interface radier-solo é dividida em elementos triangulares e para a reação do solo considera-se a variação linear ao longo de cada elemento. A superestrutura é modelada pelo MEF. Vários exemplos de interação solo-estrutura são estudados nesta tese, e mostram que as soluções obtidas a partir do programa computacional desenvolvido no presente trabalho denominado SSI estão de acordo com outros autores. / Piled raft foundations are structures consisting of piles, the raft and the soil. Unlike classical foundation design where the building load is either transferred by the raft or the piles alone, in a piled raft foundation the contribution of the piles as well as the raft is taken into account. The piles transfer a part of the building loads into the soil and thereby allow the reduction of settlement in a very economic way. The objective of the present work is the analysis of soil-structure interaction using BEM-FEM coupling. The soil, assumed to be an elastic linear homogeneous half space is governed by Navier\'s equation and it is modeled by the Boundary Elements Method (BEM) using Mindlin\'s fundamental solution. The piles are modeled by the Finite Element Method (FEM) with four nodes each. In addition, the piles can received horizontal and vertical forces and bending moments. The shear traction along the pile is approximated by a second-degree polynomial and the tractions in the horizontal direction are approximated by a fourth degree polynomial. The cap of the pile group is assumed to be rigid. The interaction between the raft and soil is made through the subgrade reaction. The soil-cap interface is divided into triangular elements and the subgrade reaction is assumed to vary linearly across each element. The building\'s structure is modeled by FEM. Several soil structure interaction examples are studied in this thesis, and they show that the solutions obtained from program SSI are in good agreement with others authors.