Sistemas Administrativos
Escola de Engenharia de São Carlos
SET Estudo numérico e experimental do comportamento di...
Documento Doutorado
Área Estruturas de Concreto e Alvenaria
Data da defesa 27/07/2021
Autor MARCOS, Lara Kawai
Orientador CARRAZEDO, Ricardo
Português
Título Estudo numérico e experimental do comportamento dinâmico de lajes pré-moldadas
Resumo
As lajes pré-moldadas em painéis de concreto protendido ou mesmo nervuradas existentes no mercado, a saber, lajes alveolares, duplo T (DT) e nervuras treliçadas ou protendidas, são muito eficientes sobre o ponto de vista estrutural e amplamente utilizadas no Brasil e no mundo. O estudo a respeito do comportamento dinâmico dessas lajes submetidas a atividades humanas é necessário para auxiliar os projetistas na compreensão e análise da vibração. Dessa forma, esse trabalho consiste no estudo dessas três tipologias de lajes pré-moldadas e como suas características afetam a vibração devido à ação humana. Primeiramente foram feitos estudos de caso em lajes constituídas de painel alveolar, painel duplo T e nervurada (treliçada). No estudo experimental percebeu-se forte influência da rigidez transversal das lajes no comportamento dinâmico e a importância de um modelo numérico para representar a ortotropia dessas lajes. Um método para cálculo da rigidez transversal das lajes alveolares foi desenvolvido e testado, com bons resultados. Em seguida, foi realizado um estudo paramétrico no qual avaliou-se os efeitos da rigidez do apoio, massa adicional, seção transversal, vão livre, largura, nível de amortecimento e excitação (caminhar e pular) no comportamento dinâmico. A análise paramétrica indicou que a aceleração não foi diretamente influenciada pela frequência fundamental das lajes. O vão livre e a largura da laje foram as características que mais afetaram o comportamento dinâmico: o aumento da largura reduziu as frequências naturais e ocasionou modos de vibração com frequências naturais próximas. O aumento da altura da seção transversal e a redução da massa adicional existente sobre a laje aumentaram as frequências naturais. No entanto, em alguns casos a frequência foi alterada para um valor próximo da frequência de excitação, sendo evidente o efeito da sintonização da estrutura com os harmônicos da excitação. Assim, é recomendado que sejam realizadas variações na frequência de excitação dentro da faixa de possível interesse, a fim de verificar a maior aceleração esperada para a laje. Finalmente, o aumento do amortecimento conseguiu reduzir as acelerações no caso de ressonância, no entanto teve pouca influência nas demais situações.
Palavras-chave Lajes pré-moldadas; Vibração; Conforto; Análise dinâmica; Análise experimental; Análise numérica; Laje alveolar; Laje duplo T; Vigota nervurada.

English
Title Experimental and numerical study on dynamic behavior of precast floors
Abstract
Precast floors, prestressed or ribbed slabs, such as hollow core slabs, double tee and beam-and-blocks are highly efficient because they have great strength and stiffness with low self-weight, being widely employed worldwide. The study on vibration sensitivity of these precast floors is crucial to help designers to better understand this behavior. Therefore, this work aims to contribute to a better comprehension on vibration sensitivity of precast floors (hollow core, double tee and beam-and-blocks) and how the structural characteristics affects their dynamics. Firstly, tree case studies were performed in hollow core, double tee (DT) and beam-and-block slabs. The case studies pointed out the importance of transverse stiffness of these slabs in their dynamic behavior and allowed the development of representative numerical models for vibration analysis. A method for calculating the transverse stiffness of hollow core slabs was developed and tested, presenting great results. After the case studies, the parametric analyses were performed, varying the spans, slab’s width, cross sections, additional mass, damping ratio and excitation (walk and jump). The parametric analysis showed that the natural frequency and the slab acceleration are not directly related. The span and width had an important influence in the dynamic behavior: the width increase reduced the natural frequencies and created closely spaced mode shapes. The increase in section depth and reduction in the system’s mass increased the natural frequencies. However, in some cases the frequency altered to a value close to excitation frequency, resulting in poor vibration behavior. Thus, it is recommended to slightly vary the excitation frequency to assess worst acceleration scenarios. Finally, the damping ratio increase could decrease high accelerations in resonance cases, however, it did not change accelerations in other cases.
Keywords Precast floors; Precast slabs; Vibration; Comfort; Vibration serviceability; Experimental Analysis; Numerical Analysis; Hollow core slab; Double tee slab; Beam-and-block slab.