Distribuição transversal de cargas em lajes mistas madeira-betão, influência do espaçamento e do número de vigas

Abstract

Ao longo do último século, os avanços tecnológicos e as restrições no acesso a materiais como o aço, no período entre Guerras Mundiais, impulsionou o recurso a novas combinações de materiais, nomeadamente madeira e betão. Hoje em dia, a aplicação de uma solução de Madeira-Betão tem principal destaque na necessidade de reforço e reabilitação das estruturas existentes.

Apesar do betão e da madeira serem dois materiais cujas características são bem conhecidas, o mesmo não se aplica à sua utilização conjunta em soluções mistas Madeira-Betão. Assim sendo, é necessário conhecer o comportamento destas soluções de modo a garantir um bom desempenho em serviço. O comportamento de lajes mistas Madeira-Betão ainda não está completamente caracterizado, nomeadamente no âmbito da distribuição transversal de cargas concentradas. Como tal, torna-se evidente a importância de desenvolver investigação que incida sobre este aspeto.

Deste modo, a presente dissertação pretende avaliar o comportamento de lajes mistas sujeitas a carregamentos concentrados, estudando a influência que o número de vigas de madeira e o seu espaçamento têm na distribuição transversal de cargas. Assim, partindo de um modelo de elementos finitos desenvolvido no âmbito de uma investigação realizada anteriormente, foram considerados vários casos de estudo fazendo variar o espaçamento e o número de vigas. A influência destes parâmetros no comportamento de lajes mistas Madeira-Betão foi avaliada através da análise dos valores das reações de apoio, momentos fletores longitudinais a meio vão e deslocamentos verticais a meio vão.

Deste estudo concluiu-se que os parâmetros analisados influenciam bastante o comportamento da laje quando sujeita ao carregamento concentrado, tendo o espaçamento entre vigas mostrado maior influência. Sendo este tipo de estruturas e carregamento frequentes em trabalhos de reabilitação e construção de pontes, o aumento do conhecimento nesta área permitirá otimizar o dimensionamento, de modo a evitar sobredimensionamentos, e, consequentemente o preço final da construção.

Over the last century, the technological developments and limited access to steel, in the period between World Wars, led to the use of new materials combinations, specifically timber and concrete. Nowadays, Timber-Concrete solutions has greater application in the strengthening and rehabilitation of existing structures.

Although, concrete and timber have well known materials characteristics, the same does not apply to the Timber-Concrete composite solutions. Therefore, it is necessary to understand the behavior of these composite solutions in order to assure a good performance in service. The mechanical behavior of Timber-Concrete composite floors is not entirely understood, particularly concerning transversal distribution of concentrated loads. Hence, it is evident the importance that investigating this aspect may have.

The present dissertation intends to evaluate the behavior of these composite floors when subjected to concentrated load, focusing on the effect that the number of timber beams and the distance between them may have on transversal distribution. Therefore, using a finite element model developed as part of a previous investigation, several study-cases were considered. Different number of beams and different distances between them were modeled. The effect of these parameters was evaluated by analyzing support reactions, longitudinal bending moment at mid span section and vertical displacements at mid span.

This study showed that, both parameters affect the slab behavior when subjected to concentrated load, with the distance between the beams presenting a greater significance. Since, the structures and loading studied are rather common rehabilitation scenario, as well in construction of new bridges, the wider the knowledge in this area the optimized design will be attained, preventing oversizing and, consequently, construction costs