Comparação de diferentes modelos de solo utilizando o RFEM

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Normalmente, é criada uma fundação no RFEM através do método do módulo de reação do subleito. A razão para isto é a capacidade de gestão relativamente fácil e direta. Além disso, não são necessários cálculos iterativos e o tempo de cálculo é relativamente pequeno. A reação do subleito significa que, por exemplo, uma placa de fundação é carregada de forma elástica.

Figura 01 - 1 - Molas para superfícies elásticas de superfície [1]

Este apoio é fornecido por molas verticais, que são aplicadas independentemente uma da outra com uma constante rigidez da mola. Portanto, não é possível calcular um poço de assentamento realista. Esse tipo de fundação também é conhecido como meio espaço Winkler. Para utilizar este método, é necessário o módulo de fundação k s (programa interno C1z) que é calculado através da tensão de compressão do solo σ 0 e da correspondente determinação s.

$${\mathrm k}_\mathrm s\;=\;\frac{{\mathrm\sigma}_0}{\mathrm s}$$

As desvantagens do método de módulo de fundação incluem a modelagem insuficiente do solo e o fato de que áreas adjacentes do solo não podem ser consideradas. Como a carga no solo causa uma deformação apenas diretamente sob a carga (almofada de mola), a depressão de assentamento não corresponde à realidade. A rigidez de corte do piso também não é considerada.

Método do módulo elástico com módulo de elasticidade variável

Os déficits do método de módulo de fundação clássico podem ser atenuados através da definição de um módulo de fundação variável, entre outras coisas. Dörken e Strain [2] recomendam para este fim um módulo de fundação que aumenta para o dobro do valor em uma faixa estreita na aresta. Pretende-se simular o apoio do solo fora da borda da fundação. Os assentamentos resultantes são significativamente melhorados por esta abordagem.

Figura 02 - 2 - Distribuição do módulo de leito [1]

No RFEM, pode introduzir uma fundação de fundação variável utilizando uma área de borda escalonada, entre outras coisas. Nesta modelagem, no entanto, algumas vantagens do método de módulo de fundação clássico são perdidas, como a boa clareza e a rápida entrada do programa.

Figura 03 - 3 - Distribuição do módulo de cama no RFEM

Consideração de áreas adjacentes do solo através de fontes adicionais

Este modelo é baseado no método do "solo efetivo" de acordo com Kolar e Nemec [3] . Ao contrário do método com um módulo de fundação variável, a resistência ao cisalhamento também é considerada aqui, além do módulo de fundação. O solo adjacente é levado em consideração por molas de linha e molas simples nos cantos.

Figura 04 - 4 - Aplicação de molas de superfície, molas de linha e molas individuais

As molas aplicadas para o exemplo resultam do parâmetro de fundação vertical utilizado para o cálculo de 54.500 kN/m da seguinte forma:

$$\mathrm s\;=\;\frac{{\mathrm s}_0}{4,0\;\mathrm{bis}\;5,0\;\mathrm m}\;=\;\frac{0,5\;\mathrm m}{4,5\;\mathrm m}\;=\;0,1111\;\mathrm m$$

Neste caso, s 0 corresponde ao alcance da depressão de assentamento, onde os assentamentos caem abaixo de 1% dos valores-limite da fundação.

$${\mathrm C}_{\mathrm v,\mathrm{xz}}\;=\;{\mathrm c}_{\mathrm v,\mathrm{yz}}\;=\;{\mathrm c}_{\mathrm z}\;\cdot\;{\mathrm s}_2^2\;=\;54.500\;\mathrm{kN}/\mathrm m³\;\cdot\;(0,1111\;\mathrm m)²\;=\;672,71\;\mathrm{kN}/\mathrm m$$

c v, xz e c v, yz são as molas de corte para a fundação elástica da superfície.

0,1 ∙ c 1 <c 2 <1,0 ∙ c 1

No caso de areia solta, por exemplo, c 2 se aproxima de zero, mas para tipos sólidos de rocha é 1,0 * c 1 . Para capacidade de corte médiac2 = 0,5 * c 1 faz sentido.

$$\mathrm k\;=\;\sqrt{{\mathrm c}_{1,\mathrm z}\;\cdot\;{\mathrm c}_{2,\mathrm{senkrecht}}}\;=\;\sqrt{54.500\;\cdot\;27.250}\;=\;38.537,32\;\mathrm{kN}/\mathrm m²$$

k corresponde à mola de linha ao longo da aresta exterior da fundação.

$$\mathrm K\;=\;\frac{({\mathrm c}_{2,\mathrm x}\;+\;{\mathrm c}_{2,\mathrm y})}4\;=\;\frac{2\;\cdot\;672,71\;\mathrm{kN}/\mathrm m}4\;=\;336,36\;\mathrm{kN}/\mathrm m$$

O fator K descreve as molas simples nas áreas de canto da fundação.

Devido ao fato de que a resistência ao cisalhamento e a área adjacente do piso são consideradas nesta variante, podem ser esperados resultados muito mais realistas. Outra vantagem sobre a opção anterior é que a modelagem é relativamente simples porque não é necessário definir superfícies adicionais na área da aresta.

Cálculo com o módulo adicional RF-SOILIN

No entanto, pode utilizar o módulo adicional RF-SOILIN para descrever as propriedades do solo com muito mais detalhes. Entre outras coisas, várias camadas de solo e amostras de solo podem ser facilmente consideradas. Outra vantagem do uso do módulo adicional é a consideração da interação entre a estrutura e o solo. Com o RF-SOILIN, os valores de fundação são determinados automaticamente pelo programa. Como este método permite exibir com mais precisão a depressão de assentamento da estrutura, também é possível analisar os possíveis efeitos do assentamento em estruturas adjacentes.

Comparação de variantes

No caso dos três métodos de cálculo que utilizam uma abordagem mais realista, a rigidez da aresta é aumentada em conformidade. Isso geralmente resulta em resultados significativamente melhores. No exemplo, pode ser visto que as tensões de contato e as deformações diferem dependendo do método. Quanto mais precisamente os valores de fundação são determinados nos métodos individuais, melhores as tensões de contacto são iguais às tensões de contacto determinadas pelo RF-SOILIN.

Para a comparação de variantes no cálculo, os valores de fundação calculados pelo RF-SOILIN foram calculados como uma média no centro da superfície e aplicados como uma mola de deslocamento c uz nas outras variantes.

Figura 05 - 5 - Resultado da comparação de variantes: Deformações

Figura 06 - Resultado da comparação de variantes Tensões de contacto

Literatura

[1]   Barth, C.; Rustler, W.: Elementos finitos em engenharia estrutural, 2ª edição. Berlin: Beuth, 2013
[2] Doerken, W.; Estiramento, E. Construção básica nos exemplos, parte 2. De acordo com a nova norma DIN 1054: 2005, 4. Edição. Colônia: Werner, 2007
[3] Kolar, V.; Nemec, I .: Modelação da interação solo-estrutura. Amesterdão: Elsevier Science Publishers, 1989

Palavras-chave

Modelo de solo Fundação de superfície Tensão de contacto Elasticidade de fundação Módulo de fundação Assentamento Mola de corte

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