Estudo da solução laje de concreto armado sobre base elástica para pavimentos portuários através do método dos elementos finitos

Abstract

Os pavimentos dos portos normalmente estão sujeitos à cargas de grande intensidade. Quando a posição da carga é fixa, pode-se adotar a solução de estaqueamento, como é feito sob as bases dos guindastes fixos, por exemplo. Contudo, quando a posição das cargas é variável, como nos pátios de armazenamento de contêineres e nos locais de trânsito das empilhadeiras e guindastes móveis, uma solução em pavimento de concreto deve ser adotada. Dependendo da intensidade das cargas este pavimento de concreto deverá ser armado. O objetivo deste trabalho é estudar o comportamento de lajes de concreto armado apoiadas diretamente no solo (base elástica) sob a ação de cargas distribuídas e concentradas, devidas à equipamentos portuários, empregando o método dos elementos finitos. O concreto é modelado através de elementos finitos isoparamétricos quadráticos de oito nós, no qual a formulação de placas de Mindlin e o estado plano de tensões são combinados. O modelo constitutivo do concreto é bidimensional, e inclui o comportamento não-linear do material e a fissuração. A armadura é considerada como uma camada mais rígida dentro do elemento de concreto, que apenas resiste a esforços axiais na direção das barras.Através do Princípio dos Trabalhos Virtuais é incluída uma base elástica contínua sob todo o elemento, para representar o solo. O modelo foi testado comparando seus resultados com resultados numéricos e experimentais obtidos por outros autores. É apresentado um estudo de casode pavimento portuário submetido à cargas de grande intensidade, onde foram testadas várias variáveis como espessura da placa, resistência à compressão do concreto, taxa de armadura e coeficiente de reação vertical do solo.

Ports pavements are usually subjected to heavy equipment loads. When the loading position is fixed, the pile foundation solution can be adopted, under the basis of fixed cranes, for example. However, when the loading position is variable, as in container storage areas and in places subjected to movable cranes and stackers traffic, a solution in concrete mat foundation should be adopted. Depending on the loading intensity, this concrete slab should be reinforced. The objective of this work is to study the behavior of reinforced concrete mat foundations under the action of distributed and concentrated loads due to port equipments using the finite element method. The mat is modeled through isoparametric eight node elements, in which Mindlin plate bending and plane stress state formulations are combined. The concrete constitutive model is two-dimensional and includes material’s non-linear behavior and cracking. The reinforcement is considered as a stiffer layer inside the concrete element resisting only to axial forces in the bars direction. In order to represent the soil, a continuous elastic base is included under the whole element. The computational program was tested against numerical and experimental results obtained by other authors. A case of study considering a port pavement submitted to large loads is presented. Mat foundation thickness, concrete compressive strength, reinforcement rate and soil’s coefficient of sub grade reaction were taken as variables and tested.