Documento | Mestrado |
Área | Estruturas de Concreto e Alvenaria |
Data da defesa | 19/03/2010 |
Autor | DIÓGENES, Hidelbrando José Farkat |
Orientador | HANAI, João Bento de |
Português | |
Título | Análise tipológica de elementos e sistemas construtivos pré-moldados de concreto do ponto de vista de sensibilidade a vibrações em serviço |
Resumo
No contexto da Modernização da Construção Civil, a aplicação de elementos estruturais
de concreto pré-moldado nas construções oferece comprovados benefícios à estratégia de
execução das obras, dentre os quais se destacam o atendimento a vãos relativamente
grandes, rapidez de montagem, leveza e excelente qualidade dos elementos que compõem
a estrutura. Tratando-se especialmente do comportamento dinâmico das estruturas de
concreto, os elementos pré-moldados, por apresentarem diversas situações transitórias de
solicitação, devem ser avaliados quanto aos efeitos dinâmicos decorrentes da sua
produção, transporte, montagem, execução das ligações, finalização da obra e uso.
Considerando, nesse contexto, que a protensão é um recurso frequentemente utilizado nos
elementos, evidencia-se a necessidade de estudos sobre a sua influência nos parâmetros
dinâmicos. Em particular, elementos pré-fabricados protendidos, tais como painéis tipo
duplo-T e lajes alveolares, têm sido muito utilizados em pisos de edifícios, todavia – e
não raras vezes – sem uma prévia análise dinâmica quanto à vibração e ao atendimento
aos limites de vibração em serviço. O presente trabalho apresenta uma síntese dos
procedimentos de cálculo e verificação indicados por normas técnicas do Brasil e do
Exterior para a avaliação do conforto humano quanto a vibrações excessivas, assim como
os métodos analíticos empregados na determinação da frequência natural de um elemento
estrutural, seja ele protendido ou não. Efetuou-se um estudo comparativo dos resultados
analíticos com os de uma simulação numérica de painéis duplo-T e lajes alveolares, feita
com programa computacional ANSYS®, baseado no Método dos Elementos Finitos, sendo
eles discutidos quanto ao Estado Limite de Vibrações Excessivas (ELS-VE). Este
trabalho apresenta também um estudo experimental sobre um modelo físico de viga de
concreto protendido com cabos externos, com o objetivo de demonstrar a aplicação de
técnicas de caracterização dos parâmetros dinâmicos e discutir eventuais soluções para o
controle ou atenuação de vibrações excessivas. Essa viga foi também analisada
numericamente com o programa computacional ANSYS® e feita a comparação dos
resultados experimentais e numéricos. Conclui-se que, do ponto de vista do ELS-VE, os
painéis duplo-T e lajes alveolares particularmente analisados são passíveis de restrições a
partir de certos vãos e que, sob determinadas condições ora discutidas, o emprego de
tirantes externos, protendidos ou não, podem ser aplicados no controle de vibrações, seja
por aumento da rigidez do sistema viga-tirante, seja pelo controle da fissuração do
concreto.
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Palavras-chave | Análise dinâmica. Concreto pré-moldado. Pisos. Protensão. Vibrações |
English | |
Title | Typological analysis of precast concrete elements and building systems in terms of sensitivity to vibration in service |
Abstract
In the context of construction modernization, the application of precast concrete elements
offers a good and reliable alternative in the construction strategy, among them large
spans, fast assembly, lightweightness and excellent structural members quality. Dealing
about dynamic behavior of concrete structures, precast elements are subjected to several
loading conditions, from their manufacturing, transport, assembly, connection and finally
to service. Prestressing technique is often applied in precast elements, so the influence of
prestressing forces on dynamic parameters must be considered. Precast prestressed
concrete elements, such as double-T panels and hollow core slabs are commonly used in
building floors, but not always a previous dynamic evaluation is accomplished, so
vibration problems are likely to occur. This work presents a synthesis of design
procedures as recommended by the Brazilian and foreign codes regarding to human
comfort under vibration conditions. Analytical methods allow the determination of
natural frequency of structural elements, being them prestressed or not. Also typical
double-T panels and hollow core slabs were analyzed by Finite Element Method
(ANSYS® software) and analytical and numerical results were compared. A discussion of
the results about the Service Vibration Limit State is made. This work also presents an
experimental study on a reinforced concrete beam provided with external prestressing
tendons. The goal of this study was to demonstrate dynamic tests to characterize dynamic
parameters and to discuss vibration control. The tested beam was also simulated on
ANSYS® to compare theoretical and experimental results. Some conclusions has been
drawn, such as typical double-T panels and hollow core slabs may suffer restrictions
above certain span dimensions. Also the application of external tendons, with or without
prestressing forces may be applied to reduce vibration levels, either by increasing
stiffness of the structure or controlling cracking of the concrete beam.
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Keywords | Dynamic analysis. Floors. Precast concrete. Prestressing. Vibrations |