Dimensionamento de um Silo em Betão Armado para stockagem de Cimento com Fundações ...

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INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA DE LISBOA
Departamento de Engenharia Civil
ISEL

Dimensionamento de um Silo em Betão Armado para
stockagem de Cimento com Fundações Indirectas

ANDRÉ PITAÇA DE CAMPOS
(Licenciado)

Trabalho de Projecto para obtenção do grau de Mestre
em Engenharia Civil – Estruturas

Orientador:
Licenciado, José António Fontelas dos Santos Viseu
Júri:
Presidente: Mestre, Cristina Ferreira Xavier de Brito Machado (Coordenadora do ISEL)
Vogal: Licenciado, Luís Manuel Martins Portela de Almeida (Eq. Prof. Adjunto do ISEL)

Maio de 2011
Dimensionamento de um Silo de Betão Armado
Mestrado de Estruturas em Engenharia Civil

ÍNDICE DE PEÇAS DO PROJECTO

A – PEÇAS ESCRITAS

I – RESUMO
II – MEMÓRIA DESCRITIVA
III – CÁLCULOS JUSTIFICATIVOS
IV – CONCLUSÃO

B – PEÇAS DESENHADAS

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ANEXOS

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A – PEÇAS ESCRITAS

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I RESUMO

O presente trabalho é o corolário do curso de engenharia civil, para a obtenção do grau
de Mestre, tendo-se optado pela elaboração do dimensionamento de um Silo em betão
armado. O projecto inclui os elementos necessários para uma correcta execução desta
estrutura.
Os silos são construções, que em função da sua finalidade de utilização estão sujeitos a
diversas acções peculiares.
No presente trabalho foram consideradas as acções, indicadas nos Eurocódigos para
este tipo de estruturas, nomeadamente a acção gerada pela presença do material
ensilado, que conduz a um conjunto de pressões horizontais e verticais nas paredes do
Silo, bem como a acção causada pelo gradiente de temperatura, devido ao material
ensilado (120ºC).
O estudo realizado para o dimensionamento do Silo, foi feito considerando a
discretização do mesmo através de um programa de elementos finitos, tendo a
introdução da estrutura sido realizada em computador com recurso ao “SAP2000”.
Foram estudados 2 modelos:
 O primeiro partindo de uma configuração unifilar em que se consideraram apenas
elementos ditos frames (barras), o qual serviu basicamente para o pré-
dimensionamento da estrutura.
 O segundo mais completo em que a estrutura foi analisada a partir de um
conjunto que incluía a modelação de todos os elementos previamente
dimensionados, com recurso a outros softwares (Robot), folhas de cálculo, tabelas
e ábacos.
Reuniram-se também elementos relativos a estruturas deste tipo tendo-se consultado
bibliografia da especialidade, de modo a adquirir um conhecimento mais profundo
necessário à realização deste projecto.

Palavras-chave
Silos; Eurocódigos estruturais; Acções em Silos (Impulso, Vento, Temperatura, Sismo);
Estacas.

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I SUMMARY

This work is the result of a civil engineering program, in order to obtain a Master degree,
were it has been chosen to use the dimensioning of a concrete Silo. The project includes
all the elements necessary for proper implementation of this structure.
The silos are buildings, which according to their purpose, are subjects of many peculiar
actions.
In this present work was taken into account all the actions mentioned in the Eurocodes for
this type of structures, namely the action generated by the presence of ensiled material,
which leads to a set of horizontal and vertical pressures and frictions on the walls of the
silo, as well as the action caused by the temperature gradient in the walls, duo to the
ensiled material (120ªC).
The study for the dimensioning of the silo was done considering the discretization of it,
using finite elements while the introduction of the structure was held through the computer
program SAP2000.
Two models were studied:
 The first starts from a simple configuration were we have accounted only the frame
elements (bars), which served primarily to the pre-dimensioning of the structure.
 The second, more complete, in which the structure was analyzed based on a set
that included the modeling of all elements previously scaled using other software
(Robot), spreadsheets, tables and abacus.
Was also gathered information about the structures of this kind thought the consultation of
bibliography of specialty in order to acquire a deeper knowledge that is necessary for
conducting this project.

Key Words

Silos; Structural Eurocodes; Actions in Silos (Impulse, Wind, Temperature, Earthquake);
Stakes

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AGRADECIMENTOS

Ao Eng. Santos Viseu, orientador, que gentilmente aceitou a tarefa de orientar a
elaboração deste projecto, agradeço o seu apoio, o seu rigor e a sua permanente
disponibilidade, que permitiram estimular o aumento do meu conhecimento levando ao
desenvolvimento deste trabalho.

Dirijo um especial agradecimento à família e aos amigos, pelo apoio incondicional dado
durante a realização deste projecto.

Ao meu colega e amigo, Eng. Manuel Almeida, que me ajudou a ultrapassar todas as
adversidades encontradas durante este período de vida académica.

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II – MEMÓRIA DESCRITIVA

Resumo do Capitulo
Neste Capitulo são descritos todos os elementos estruturais que compõem o Silo, assim
como os materiais que o constituem. Estão também indicadas todas as acções e
combinações actuantes, bem como os dois modelos, unifilar e tridimensional, estudados
no SAP2000.

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ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO..........................................................................................................11
2. GEOLOGIA E GEOTECNIA......................................................................................14
2.1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................14
2.2 CARACTERISTICAS GEOLÓGICAS-GEOTÉCNICAS ......................................14
3. DESCRIÇÃO GERAL DO SILO ................................................................................16
3.1 FUNCIONAMENTO DO SILO ............................................................................19
4. MODELOS DE CÁLCULO ........................................................................................20
4.1 GERAL ..............................................................................................................20
4.2 MACIÇO E ESTACAS .......................................................................................22
5 MATERIAIS ..............................................................................................................23
6 QUANTIFICAÇÃO DE ACÇÕES ..............................................................................25
6.1 CARGAS PERMANENTES (G) .........................................................................25
6.2 SOBRECARGAS (SOB) ....................................................................................26
6.3 TEMPERATURA (T) ..........................................................................................26
6.4 ACÇÃO DO VENTO (W) ....................................................................................28
6.5 ACÇÃO SÍSMICA (E) ........................................................................................34
6.6 IMPULSO (I) ......................................................................................................40
7 COMBINAÇÃO DE ACÇÕES E VERIFICAÇÃO DE SEGURANÇA .................................50
8 CRITÉRIOS GERAIS DE DIMENSIONAMENTO ......................................................52
8.1 LAJES ...............................................................................................................52
8.2 VIGAS ...............................................................................................................56
8.3 PAREDES DE BETÃO ARMADO ......................................................................60
8.4 MACIÇO DE ENCABEÇAMENTO DAS ESTACAS ...........................................62
8.5 ESTACAS ..........................................................................................................64
9 PROCESSOS CONSTRUTIVOS ..............................................................................71
9.1 ESTACAS ..........................................................................................................71
9.2 PAREDES DO SILO ..........................................................................................72
9.3 ESQUEMA ILUSTRATIVO DAS FASES CONSTRUTIVAS ...............................73
10 REGULAMENTAÇÃO ...........................................................................................77
11 SEGURANÇA .......................................................................................................78

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 – Cimentos de Portugal, S.A Souselas (Portugal) ..............................................11
Figura 2 – Unidade Cimenteira, S.A. Barcelona (Espanha)..............................................12
Figura 3 – Vista global da estrutura .................................................................................16
Figura 4 – Corte Transversal da Tremonha .....................................................................17
Figura 5 - Corte transversal do Silo ..................................................................................18
Figura 6 – Funcionamento do Silo ...................................................................................19
Figura 7 – Modelo Unifilar ................................................................................................20
Figura 8 – Modelo Tridimensional ....................................................................................21
Figura 9 – Modelação das estacas ..................................................................................22
Figura 10 – Determinação da degradação das temperaturas ...........................................27
Figura 11 – Acção do Gradiente de Temperatura no modelo Tridimensional ...................27
Figura 12 – Distribuição de pressões em cilindros de base circular (NP EN 1991-1-4) ....30
Figura 13 – Acção do vento entre os níveis 15,80 e 25,80 ...............................................32
Figura 14 – Acção do vento no modelo Tridimensinal ......................................................33
Figura 15 – Mapa de Zonamento Sísmico (NP EN 1998-1) .............................................34
Figura 16 – Espectro de cálculo da acção sísmica tipo 1 .................................................36
Figura 17 – Espectro de cálculo da acção sísmica tipo 2 .................................................36
Figura 18 – Figura representativa das pressões durante o enchimento do Silo (EN 1991-
4) .....................................................................................................................................41
Figura 19 – Figura indicativa das pressões na tremonha durante o enchimento do Silo ..43
Figura 20 – Pressões horizontais (P ) durante a descarga ...........................................46
he,u
Figura 21 – Pressões devidas ao atrito (P ) durante a descarga ....................................46
we
Figura 22 – Pressão horizontal final nas paredes durante a descarga (P ) ..................48
he,u
Figura 23 – Pressão nas paredes devido ao atrito durante a descarga (P ) ...................48
we
Figura 24 – Pressão normal nas paredes da tremonha durante a descarga (P ) ............49
ne
Figura 25 – Pressão nas paredes da tremonha devido ao atrito durante a descarga (Pte)
........................................................................................................................................49
Figura 26 - Elemento Shell tipo – Eixos Locais ................................................................60
Figura 27 - Modelo de Winkler .........................................................................................65
Figura 28 – Fases construtivas das estacas moldadas ....................................................71
Figura 29 – Exemplo cofragem deslizante .......................................................................73

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ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1- Materiais - Betão ..............................................................................................23
Tabela 2 – Materiais - Aço em Betão Armado ..................................................................23
Tabela 3 – Acção do Vento entre o nível 0,00 e 5,80 .......................................................31
Tabela 4 – Acção do Vento entre o nível 5,80 e 15,80 .....................................................31
Tabela 5 – Acção do Vento entre o nível 15,80 e 25,80 ...................................................31
Tabela 6 – Acção do Vento entre o nível 25,80 e 35,80 ...................................................32
Tabela 7 – Acção do Vento entre o nível 35,80 e 45,80 ...................................................32
Tabela 8 – Acção do Vento entre o nível 45,80 e 56,00 ...................................................33
Tabela 9 – Sobrepressões durante o enchimento ............................................................44
Tabela 10 – Sobrepressões durante a descarga ..............................................................45
Tabela 11 – Pressões na tremonha durante a descarga ..................................................47
Tabela 12 – Combinações de acções consideradas ........................................................50

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