Simulação computacional do processo construtivo da estrutura de edifícios em concreto armado

Abstract

No que concerne projeto estrutural de edifícios, entende-se que as condições estruturais durante a construção não necessitam de grande preocupação, pois usualmente, as situações mais severas ocorrem na ocupação após a construção. Entretanto, podem existir situações críticas durante a construção, em termos de segurança e estabilidade estrutural. Geralmente, é realizada uma análise global da estrutura, onde são aplicadas, de forma simultânea, todas as cargas de projeto em um modelo estrutural completo, no qual todos os elementos estruturais surgem de uma só vez, situação que não corresponde à realidade construtiva. O que de fato ocorre, é que o peso da estrutura e de outros elementos construtivos passa a atuar à medida que o edifício é construído, pavimento por pavimento. Para simular esta situação, é proposta a análise incremental/faseada, na qual é possível obter as deformações e esforços em cada um dos estágios construtivos e considerar os efeitos acumulativos de um estágio para o outro. A análise faseada se difere da análise global basicamente pela consideração da sequência construtiva, a inserção dos efeitos diferidos/reológicos próprios do comportamento do material concreto (retração e fluência), aplicação de cargas de forma sequencial, a consideração da evolução do módulo de elasticidade e da resistência conforme a idade do concreto e a inclusão dos efeitos de fissuração. Para realizar a comparação entre as análises global e faseada, propôs-se um modelo numérico de um edifício de cinco pavimentos, fazendo uso do Método dos Elementos Finitos, através da plataforma ANSYS, versão 19.2. Neste software utilizou-se a ferramenta de customização UPF (User Programmable Features) para realizar a introdução de um novo modelo constitutivo para o concreto, possibilitando a representação do seu comportamento não-linear. Foram realizadas as extrações dos resultados referentes aos esforços e os deslocamentos, efetivando a comparação entre os resultados obtidos pelas análises global e faseada. Os resultados obtidos apresentaram variações significativas entre ambas análises.

Regarding the structural design to be buildings, it is usually understood that there is no reason for concerns about the structural conditions during construction the most severe situations occur in occupation after construction. However, critical situations during construction may happen regard structural safety and stability. Generally, a global analysis of the structure is carried out, when all the design loads are applied simultaneously in a complete structural model, and all the structural elements appear at once, situation that does not correspond to the constructive reality. What happens is that the weight of the structure and other construction elements starts to act as the building is constructed, floor by floor. To simulate this situation, an incremental analysis is proposed in which it is possible to obtain the deformations and forces in each of the construction stages and to consider the cumulative effects from one stage to the other. The phased analysis differs from the global analysis basically by considering the constructive sequence, the insertion of the rheological effects specific to the behavior of the concrete material (shrinkage and creep), application of loads sequentially, consideration of the evolution of the elasticity modulus and the strength as the concrete ages, and the inclusion of cracking effects. To perform the comparison between the global and incremental analyzes, a numerical model of a five-floor building was proposed, using the Finite Element Method, in the ANSYS software, version 19.2. In this software, the customization tool UPF (User Programmable Features) was used to introduce a new constitutive model for concrete, enabling the representation of its non-linear behavior. Extractions of results to forces and the displacements ware carried out, making comparison between results obtained by the global and phased analyzes. Results obtained showed significant variations between both analyzes.