Análise comparativa de modelagens da interação solo-estrutura

Abstract

A interação solo-estrutura (ISE) é uma área de estudo da Engenharia de Fundações que busca analisar o mecanismo de transferências das tensões e deformações entre o subsistema geotécnico e o estrutural. A modelagem desta interação é um procedimento de considerada complexidade por depender, entre outros fatores, das características comportamentais do solo, que se distingue tanto da Teoria da Elasticidade quanto da Teoria da Plasticidade, além de necessitar aderir a muitas simplificações para poder ser tratado como um meio contínuo. Uma forma de modelagem clássica ainda muito difundida é a Hipótese de Winkler, a qual substitui o solo sob as fundações por um conjunto de molas lineares elásticas. A sua precisão é comparada, neste estudo, a algumas outras alternativas de modelagem numérica utilizando o Método dos Elementos Finitos. O presente trabalho busca avaliar os efeitos da ISE e de seus fatores de influência, além de traçar uma comparação entre as formas de modelagem propondo a análise numérica de um edifício usual de doze pavimentos tanto sobre fundações rasas quanto profundas, com variação de solo ao longo do terreno e considerando esforços horizontais. Os resultados obtidos expuseram a relevância da interação solo-estrutura no dimensionamento estrutural, também algumas discordâncias com generalizações presentes na bibliografia em relação aos fatores influentes, além de deficiências na Hipótese de Winkler em dois pontos principais: o caráter descontínuo das deformações que ela prevê no solo e as limitações na forma de obtenção dos coeficientes de reação das molas, demonstrando que o seu emprego para a ISE pode, em determinados casos, levar a modelagem a uma redistribuição de esforços equivocada.

Abstract : Soil-structure interaction (SSI) is an area in Foundation Engineering that analyzes the mechanism of stress and strains transfer between subsoil and structure. This interaction modeling is a study of considerable complexity, because of its dependency on soil s constitutive characteristics, among a series of other factors, whose behavior distinguishes from Theory of Elasticity and Theory of Plasticity, besides needing to accept many simplifications to be treated as a continuous medium. A classical modeling still much diffused is Winkler s Hypothesis, which substitutes subsoil for an uncoupled set of linear springs. In this study, its precision is compared to some other numerical modeling alternatives based on Finite Element Method. The present work evaluates the effects of SSI and its influence factors, besides a comparison between the modeling methods proposing a numerical analysis of a usual twelve-storey building over shallow and deep foundations, considering soil variation along the site and horizontal efforts on the building. The obtained results exposed the SSI relevance in structural design, also some discordances with generalizations presented in bibliography in terms of influence factors, besides deficiencies in Winkler s Hypothesis in two main points: the production of a discontinuous subsoil s behavior and some limitations in the way of obtaining the coefficients of subgrade reaction, demonstrating that its use in SSI analysis can, in some cases, take the structure to a wrong stress redistribution.