Estudo de pavimentos portuários de concreto armado através do método dos elementos finitos

Resumo

Os pavimentos dos portos normalmente estão sujeitos a 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, sob a ação de cargas distribuídas e concentradas, devido a equipamentos portuários, empregando o método dos elementos finitos. O concreto é modelado através de elementos finitos isoparamétricos quadráticos de oito nós. 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 previamente testado comparando-se seus resultados com aqueles obtidos por outros autores12. É apresentado um estudo de caso de pavimento portuário submetido a cargas de grande intensidade, onde foram testadas diversas variáveis como espessura da placa, resistência à compressão do concreto, taxa de armadura e o módulo de reação do solo. Palavras-chave: elementos finitos, concreto armado, lajes, pavimento, porto. ABSTRACT A study of reinforced concrete port pavement through the finite element method Port pavements are usually subject to heavy equipment loads. When the position of the load is fixed, the pile foundation solution can be adopted, as it is done under the basis of fixed cranes, for example. However, when the loads position is variable, as in containers storage areas and in places subjected to movable cranes and other vehicles traffic, a solution in concrete slabs pavement may be adopted. Depending on the loads intensity this concrete slabs should be reinforced. The objective of this work is to study the behavior of reinforced concrete slabs under the action of distributed and concentrated loads due to port equipments, using the finite element method. The slab is modeled through isoparametric eight node elements. The concrete constitutive model is two-dimensional, and it includes both material non-linear behavior and cracking. A layered model is employed to evaluate the concrete stresses resultants. The reinforcement is considered as being a more rigid layer within the concrete element which only resists to axial forces acting in the direction of the bars. Through the Virtual Work’s Principle a continuous elastic base is included under the whole element, to represent the soil. The computational program was previously tested against numerical and experimental results obtained by other authors. A study of case of a port pavement submitted to great intensity loads is presented, where several variables were tested as thickness of the mat, concrete compression resistance, reinforcement rate and the soil coefficient of sub grade reaction. Key-words: finite element method, reinforced concrete, slabs, pavement, port