análise de reservatórios circulares pré-fabricados de betão armado, pós-tensionados

155 Pages·2011·6.76 MB·Portuguese

ANÁLISE DE RESERVATÓRIOS CIRCULARES
PRÉ-FABRICADOS DE BETÃO ARMADO, PÓS-TENSIONADOS

Ana Rita Conrado Pimenta da Silva Pereira

Dissertação apresentada na
Faculdade de Ciências e Tecnologia
para a obtenção do grau de
Mestre em Engenharia Civil – Perfil de Estruturas

Orientador: Doutor António Lopes Batista

Júri:
Presidente: Doutor Corneliu Cismasiu
Vogais: Doutor Válter José da Guia Lúcio
Doutor António Lopes Batista

Lisboa
Dezembro 2010

Agradecimentos

Ao longo desta dissertação pude contar com o apoio de várias pessoas, que contribuíram para
o sucesso deste trabalho. Em particular, gostaria de manifestar os meus mais sinceros
agradecimentos:

Ao Professor Doutor António Lopes Batista, orientador científico desta dissertação, pela
orientação, disponibilidade e por todo o apoio;

A todos os meus colegas e amigos, que estiveram sempre presentes, e me transmitiram
sempre a motivação para conseguir chegar ao fim. Muito obrigada pela vossa amizade.

Por fim, gostaria de agradecer e dedicar o meu trabalho aos meus pais, pela sua amizade e
pelo apoio que sempre me prestaram ao longo de todo o meu percurso como estudante. Sem
eles, nunca teria conseguido chegar aqui.

i
ii
Resumo
Os reservatórios são estruturas bastante comuns, estando normalmente associados a funções
de regulação de caudais e de pressões, bem como a redes de abastecimentos de água e rega.
Das várias tipologias de reservatórios apoiados no terreno, as soluções pré-fabricadas de
betão armado, pós-tensionadas, têm alguma divulgação mas são das menos estudadas.
Nesta dissertação pretende-se estudar o desempenho estrutural deste tipo de reservatórios,
quando construídos com painéis nervurados, dando especial ênfase às nervuras e às juntas
que separam os elementos pré-fabricados, já que são os aspectos diferenciadores
relativamente às soluções betonadas in situ.
Abordam-se as características relevantes das soluções pré-fabricadas pós-tensionadas e os
principais aspectos da análise estrutural, nomeadamente os métodos de pré-dimensionamento
e o método dos elementos finitos. Para consideração da interacção dinâmica estrutura – líquido
armazenado, adaptou-se o método de Newmark & Rosenblueth, de forma a generalizar a sua
utilização em modelos tridimensionais.
Os estudos foram desenvolvidos através da análise detalhada de dois casos, correspondentes
a um reservatório baixo, com altura igual ao seu raio, e a um reservatório alto, com altura igual
ao seu diâmetro, tendo-se para tal recorrido ao programa de cálculo automático SAP2000.
Comprovou-se que os reservatórios estudados têm um comportamento bastante diferente dos
betonados in situ, essencialmente devido à geometria poligonal, à presença de ligações entre
elementos pré-fabricados, à existência de nervuras horizontais (para facilitar a distribuição de
pré-esforço circunferencial) e aos diferentes tipos de ligação à laje de fundo.

Palavras-chave: Reservatórios circulares, Pós-tensão, Pré-fabricação

iii
iv
Abstract
Reservoirs are very common structures, normally associated to flow and pressure regulation,
and also for water supply and irrigation networks. From the innumerous ground based water
reservoirs, the precast and prestressed concrete structures are one of the most known, but
quite poorly studied.
In this dissertation it is intended to study the structural performance of this type of reservoirs,
when built with ribbed panels, paying special attention to the ribs and joints that separate the
precast elements, since they are the elements that differ precast and cast in place concrete
reservoirs.
An approach is made of the relevant characteristics of the precast and prestressed solutions
and the principle structural analysis aspects, particularly the pre-design and finite element
methods. Concerning the dynamic interaction between the structure and the liquid stored, the
Newmark & Rosenblueth method was used, which is widely applicable to three-dimensional
models.
The studies involved two highly detailed analyses concerning a low reservoir (same height and
radius) and an high reservoir (same height and diameter), using the commercial finite element
software SAP2000 is used.
It was proved that the reservoirs studied, have quite a different behavior compared to the ones
cast in place, due to the polygonal geometry, the presence of connections between the
precasted concrete panels, the existence of horizontal ribs (that simplify the distribution of the
circumferential prestressing) and finally because of the different type of connections to the base
slab.

Key words: Cylindrical tanks, Prestress, Precast

v
vi
Índice
1  Introdução ............................................................................................................................ 1 
1.1  Considerações gerais .................................................................................................... 1 
1.2  Utilização de reservatórios pré-fabricados de betão armado, pós-tensionados, em
Portugal ..................................................................................................................................... 2 
1.3  Objectivos ...................................................................................................................... 4 
1.4  Organização da dissertação .......................................................................................... 4 
2  Soluções estruturais de reservatórios cilíndricos de betão armado, pré-fabricados . 7 
2.1  Considerações gerais .................................................................................................... 7 
2.2  Reservatórios pré-fabricados de betão armado ............................................................ 8 
2.3  Reservatórios pré-fabricados de betão armado pós-tensionados ................................ 8 
2.4  Dimensões dos painéis pré-fabricados e dos reservatórios ....................................... 11 
2.5  Características das argamassas de ligação ............................................................... 13 
2.5.1  Generalidades ..................................................................................................... 13 
2.5.2  Parâmetros que influenciam a ligação entre painéis pré-fabricados .................. 14 
2.6  Ligação dos painéis à laje de fundação ...................................................................... 16 
2.6.1  Tipos de ligação dos painéis à laje de fundação ................................................ 16 
2.6.2  Características estruturais das ligações à laje de fundação ............................... 17 
2.6.3  Aspectos construtivos da ligação dos painéis à laje de fundação ...................... 19 
3  Acções de projecto ........................................................................................................... 23 
3.1  Considerações gerais .................................................................................................. 23 
3.2  Acções permanentes ................................................................................................... 24 
3.2.1  Peso próprio ........................................................................................................ 24 
3.2.2  Pré-esforço .......................................................................................................... 24 
3.3  Acções variáveis .......................................................................................................... 26 
3.3.1  Pressão hidrostática ............................................................................................ 26 
3.3.2  Variações de temperatura ................................................................................... 27 
3.3.3  Acção sísmica ..................................................................................................... 30 
4  Métodos de análise e dimensionamento ........................................................................ 37 
4.1  Considerações gerais .................................................................................................. 37 
vii
4.2  Aspectos condicionantes do dimensionamento .......................................................... 37 
4.3  Métodos simplificados de cálculo ................................................................................ 38 
4.3.1  Análise de cascas cilíndricas com simetria de revolução ................................... 38 
4.3.2  Cálculo dos efeitos da pressão hidrostática ........................................................ 39 
4.3.3  Cálculo dos efeitos das variações de temperatura ............................................. 43 
4.3.4  Análise dos efeitos do pré-esforço ...................................................................... 44 
4.3.5  Acções dinâmicas ................................................................................................ 49 
4.4  Análise estrutural pelo método dos elementos finitos ................................................. 54 
4.4.1  Generalidades ..................................................................................................... 54 
4.4.2  Elementos finitos a utilizar na análise de reservatórios ...................................... 55 
4.4.3  Análises estática e dinâmica pelo método dos elementos finitos ....................... 57 
4.4.4  Adaptação do método de Newmark & Rosenblueth para utilização em
programas de elementos finitos .......................................................................................... 59 
5  Análise de casos de estudo ............................................................................................. 61 
5.1  Considerações gerais .................................................................................................. 61 
5.2  Descrição dos casos de estudo .................................................................................. 61 
5.3  Modelos estruturais dos reservatórios ........................................................................ 63 
5.3.1  Análise para as acções estáticas ........................................................................ 63 
5.3.2  Análise dinâmica para acções sísmicas .............................................................. 71 
5.4  Apresentação e análise dos resultados ...................................................................... 74 
5.4.1  Acções estáticas .................................................................................................. 75 
5.4.2  Acções sísmicas ................................................................................................ 113 
6  Considerações finais ...................................................................................................... 121 
7  Referências ...................................................................................................................... 125 

viii