Análise da interação solo-estrutura das estacas do cais público do Porto Novo do Porto do Rio Grande através do método dos elementos finitos

Abstract

Estruturas portuárias são normalmente de grande porte e estão submetidas a carregamentos de grande intensidade, como por exemplo os esforços causados por um guindaste portuário e de outros equipamentos utilizados durante uma operação portuária, ou então, os esforços de amarração dos navios. Portanto, para uma análise meticulosa dos esforços das estruturas portuárias com intuito de otimizar os projetos, torna-se essencial o uso de ferramentas computacionais e métodos numéricos avançados, como por exemplo, o Método dos Elementos Finitos. De acordo com a sistemática convencional de projeto estrutural, onde este é executado admitindo-se que os apoios da estrutura sejam indeslocáveis, com o cálculo das cargas nos elementos de fundação e o dimensionamento dos elementos estruturais sendo realizados com essa premissa. Com relação aos projetos de fundações, são desenvolvidos considerando-se os esforços obtidos a partir do projeto estrutural e as características do terreno no qual será construído. O Porto Novo do Porto do Rio Grande movimenta milhões de toneladas de materiais ao ano, se colocando como um dos principais portos do Brasil. Sua estrutura passou por duas etapas de modernização possibilitando a utilização de equipamentos portuários maiores e mais eficientes, operação com navios de maior capacidade de carga e maior quantidade de berços de atracação disponíveis para operação simultânea. Deste modo, este trabalho tem como objetivo geral deste trabalho será realizar uma análise de interação solo-estrutura utilizando como modelo estrutural a segunda etapa de modernização do Cais Público do Porto Novo do Porto do Rio Grande, simulando as diferentes combinações de ações que atuam durante uma operação portuária, salientando a combinação que gera a condição mais desfavorável para as estacas do cais. A partir dos resultados das combinações de carregamentos foram escolhidas as 10 piores situações de carregamentos para o cais e realizou-se a comparação entre os modelos de cálculo convencional e de interação solo-estrutura. As cinco primeiras piores situações de esforços ocorrem devido a utilização da sobrecarga vertical como carga variável principal. Já as cinco últimas piores situações de esforços são devido a utilização do carregamento do guindaste portuário, principal equipamento de movimentação do cais. Os resultados do modelo de interação solo-estrutura apresentaram uma redução dos valores de esforços axiais das estacas em relação ao modelo convencional de cálculo, em média a porcentagem da redução considerando diferenças de todas as 10 piores situações é igual a 2,19%.

Port structures are usually large and are submitted to heavy loads, such as the stresses caused by a port crane and other equipment used during a port operation or the mooring forces of ships. Therefore, for a meticulous analysis of the forces in the port structures to optimize and turn more effective the designs, it is essential the use of computational tools and advanced numerical methods, for example, the Finite Elements Method. According to the conventional system of structural design, it is made assuming that the supports of the structure are fixed, with the calculation of the load in the foundation elements and the designing of the structural elements being made with this premise. As a result, the foundation is designed considering the forces obtained from the structural design and the geotechnical characteristics of the site on which it will be built. The Porto Novo of the Port of Rio Grande moves millions of tons of materials per year, becoming one of the main ports in Brazil. Its structure has gone through two stages of modernization, making possible the use of larger and more efficient port equipment, operation with ships of more load capacity, and more quantity of mooring berths available for simultaneous operation. Thus, the general objective of this work will be to perform a soil-structure interaction analysis using as a structural model the second stage of modernization of the Public Wharf of Porto Novo of Porto of Rio Grande, simulating the different combinations of actions that act during a port operation, highlighting the combination that generates the most unfavorable load for the piles of the wharf. Based on the results of the loading combinations, the ten worst situations of axial forces for the wharf were chosen and a comparison was made between the conventional calculation and soil-structure interaction models. The first five worst stress situations occur due to the use of vertical overload as the main variable load. The last five worst situations are due to the use of the loading of the port crane with the main variable load, the main cargo handling equipment pier. The results of the soil-structure interaction model showed a reduction in the values of the axial efforts of the wharf's piles about the conventional calculation model. On average, the percentage of the reduction considering differences between all ten worst situations is equal to 2,19%.