Análise dinâmica de pisos submetidos a atividades humanas rítmicas com base no uso de modelos biodinâmicos: modelagem numérica e experimental

Sousa, Felipe Almeida de; Debona, Gilvan Lunz; Silva, José Guilherme Santos da

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Revista IBRACON de Estruturas e Materiais

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Sumário

ORIGINAL ARTICLE • Rev. IBRACON Estrut. Mater. 17 (4) • 2024 • https://doi.org/10.1590/S1983-41952024000400002 copiar

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10.1590/S1983-41952024000400011

Análise dinâmica de pisos submetidos a atividades humanas rítmicas com base no uso de modelos biodinâmicos: modelagem numérica e experimental

Autoria SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

Resumo

Este trabalho tem como objetivo a avaliação da resposta dinâmica de pisos de concreto armado submetidos a atividades humanas rítmicas, com base no uso de sistemas biodinâmicos, a fim de analisar o efeito de interação pessoa-estrutura. Inicialmente, realizou-se uma análise modal experimental sobre o piso investigado, com dimensões de 16m x 35m, visando identificar e avaliar o comportamento dinâmico global da estrutura. Em seguida, um modelo de elementos finitos foi desenvolvido e calibrado com base nos resultados experimentais. Posteriormente, a partir das análises de vibração forçada, a resposta dinâmica do piso foi determinada (deslocamentos e acelerações). Conclui-se que a modelagem dos sistemas biodinâmicos induziu atenuações significativas sobre a resposta estrutural quando comparadas àquelas calculadas via utilização de modelos tradicionais de força-rítmica.

Palavras-chave:
pisos de concreto; sistemas biodinâmicos; dinâmica experimental; atividades humanas rítmicas; avaliação do conforto humano

Excitation	1º jump	2º jump	3º jump	4º jump	5º jump	Mean value
Structural damping	2.75%	2.82%	2.80%	2.77%	2.73%	2.77%

Tests	Natural Frequency (Hz)
Tests	Experimental Tests	Finite Element Model	Differences (%)
II	f_exp= 7.80 Hz	f₀₃ = 8.00 Hz	2.56
III	f_exp= 8.05 Hz	f₀₃ = 8.00 Hz	0.62

Person	Mass (kg)	Damping (Ns/m)	Stiffness (N/m)	Pearson’s Correlation (F_d1 x F_d)
1	92.70	820.94	42812.81	0.98
2	81.95	657.02	37521.26	0.97
3	67.80	547.48	34311.23	0.99
4	56.40	589.41	39755.25	0.95
5	57.60	1019.22	42314.31	0.95
6	81.00	1806.75	29018.39	0.97
7	69.70	645.85	38085.19	0.98
8	88.55	636.79	40037.26	0.99
9	64.80	768.36	37653.04	0.97
10	68.65	678.62	43094.19	0.98

SS	Biodynamic [¹1 F. A. de Sousa, "Análise da resposta estrutural dinâmica de pisos de edifícios submetidos a atividades humanas rítmicas com base no emprego de sistemas biodinâmicos," DSc Thesis (In development). Civ. Eng. Postgraduate Programme (PGECIV). State Univ. Rio de Janeiro (UERJ), Rio de Janeiro, RJ, Brazil, 2023.]			Faisca [⁷7 R. G. Faisca, "Caracterização de cargas dinâmicas geradas por atividades humanas", DSc Thesis, Civil Engineering Postgraduate Programme (UFRJ), Rio de Janeiro, RJ, Brazil, 2003.]			AISC [³3 T. M. Murray, D. E. Allen, E. E. Ungar, and D. B. Davis, Steel Design Guide 11: Vibration of Steel-Frame Structural Systems Due to Human Activities, 2nd ed., Chicago: American Institute of Steel Construction, 2016]			SCI [⁶6 A. Smith, S. Hick, and P. Devine, Design of Floors for Vibration: A New Approach (SCI Publication), Ascot, UK: The Steel Construction Institute (SCI), 2009. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.29342.95048. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.29342.95... ]
SS	a_p	a_w,_rms	VDV	a_p	a_w,_rms	VDV	a_p	a_w,_rms	VDV	a_p	a_w,_rms	VDV
A	0.102	0.031	0.072	0.122	0.083	0.163	0.665	0.176	0.476	0.424	0.168	0.399
B	0.103	0.033	0.076	0.122	0.083	0.163	0.487	0.168	0.425	0.293	0.166	0.378
C	0.024	0.009	0.021	0.017	0.012	0.027	0.302	0.200	0.400	0.153	0.040	0.133
D	0.008	0.003	0.008	0.008	0.002	0.007	0.130	0.088	0.174	0.082	0.013	0.051
E	0.010	0.002	0.005	0.004	0.001	0.002	0.070	0.047	0.094	0.034	0.005	0.021
F	0.004	0.001	0.003	0.002	0.000	0.001	0.035	0.024	0.048	0.017	0.003	0.011

SS	Biodynamic [¹1 F. A. de Sousa, "Análise da resposta estrutural dinâmica de pisos de edifícios submetidos a atividades humanas rítmicas com base no emprego de sistemas biodinâmicos," DSc Thesis (In development). Civ. Eng. Postgraduate Programme (PGECIV). State Univ. Rio de Janeiro (UERJ), Rio de Janeiro, RJ, Brazil, 2023.]			Faisca [⁷7 R. G. Faisca, "Caracterização de cargas dinâmicas geradas por atividades humanas", DSc Thesis, Civil Engineering Postgraduate Programme (UFRJ), Rio de Janeiro, RJ, Brazil, 2003.]			AISC [³3 T. M. Murray, D. E. Allen, E. E. Ungar, and D. B. Davis, Steel Design Guide 11: Vibration of Steel-Frame Structural Systems Due to Human Activities, 2nd ed., Chicago: American Institute of Steel Construction, 2016]			SCI [⁶6 A. Smith, S. Hick, and P. Devine, Design of Floors for Vibration: A New Approach (SCI Publication), Ascot, UK: The Steel Construction Institute (SCI), 2009. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.29342.95048. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.29342.95... ]
SS	a_p	a_w,_rms	VDV	a_p	a_w,_rms	VDV	a_p	a_w,_rms	VDV	a_p	a_w,_rms	VDV
A	0.003	0.001	0.002	0.002	0.000	0.001	0.035	0.024	0.048	0.017	0.003	0.011
B	0.004	0.001	0.003	0.004	0.001	0.002	0.071	0.047	0.093	0.033	0.005	0.021
C	0.009	0.003	0.007	0.009	0.002	0.007	0.138	0.094	0.186	0.088	0.014	0.055
D	0.027	0.008	0.018	0.016	0.011	0.025	0.280	0.187	0.373	0.145	0.037	0.124
E	0.099	0.030	0.070	0.119	0.081	0.159	0.472	0.163	0.414	0.284	0.161	0.368
F	0.109	0.034	0.079	0.122	0.083	0.163	0.665	0.176	0.476	0.424	0.168	0.399

SS	Biodynamic [¹1 F. A. de Sousa, "Análise da resposta estrutural dinâmica de pisos de edifícios submetidos a atividades humanas rítmicas com base no emprego de sistemas biodinâmicos," DSc Thesis (In development). Civ. Eng. Postgraduate Programme (PGECIV). State Univ. Rio de Janeiro (UERJ), Rio de Janeiro, RJ, Brazil, 2023.]			Faisca [⁷7 R. G. Faisca, "Caracterização de cargas dinâmicas geradas por atividades humanas", DSc Thesis, Civil Engineering Postgraduate Programme (UFRJ), Rio de Janeiro, RJ, Brazil, 2003.]			AISC [³3 T. M. Murray, D. E. Allen, E. E. Ungar, and D. B. Davis, Steel Design Guide 11: Vibration of Steel-Frame Structural Systems Due to Human Activities, 2nd ed., Chicago: American Institute of Steel Construction, 2016]			SCI [⁶6 A. Smith, S. Hick, and P. Devine, Design of Floors for Vibration: A New Approach (SCI Publication), Ascot, UK: The Steel Construction Institute (SCI), 2009. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.29342.95048. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.29342.95... ]
SS	a_p	a_w,_rms	VDV	a_p	a_w,_rms	VDV	a_p	a_w,_rms	VDV	a_p	a_w,_rms	VDV
A	0.010	0.004	0.011	0.015	0.002	0.008	0.180	0.134	0.266	0.107	0.018	0.069
B	0.024	0.009	0.021	0.039	0.012	0.027	0.341	0.239	0.477	0.214	0.040	0.129
C	0.110	0.035	0.080	0.131	0.086	0.168	0.865	0.467	0.978	0.371	0.170	0.389
D	0.083	0.029	0.068	0.123	0.081	0.158	0.821	0.436	0.916	0.349	0.160	0.366
E	0.023	0.008	0.018	0.037	0.011	0.025	0.340	0.239	0.477	0.221	0.038	0.130
F	0.008	0.003	0.009	0.015	0.002	0.008	0.180	0.134	0.266	0.107	0.018	0.069

a_w,_rms (m/s²) [⁶6 A. Smith, S. Hick, and P. Devine, Design of Floors for Vibration: A New Approach (SCI Publication), Ascot, UK: The Steel Construction Institute (SCI), 2009. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.29342.95048. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.29342.95... ]	VDV (m/s^1.75) [³³33 M. Setareh, "Evaluation and assessment of vibrations owing to human activity," Proc. Inst. Civ. Eng., Struct. Build., vol. 165, no. 5, pp. 219-231, 2012.]	VDV (m/s^1.75) [¹¹11 J. T. Littler and B. R. Ellis, "The response of grandstands to dynamic crowd loads," Proc. Inst. Civ. Eng., Struct. Build., vol. 140, pp. 355-365, 2000, http://dx.doi.org/10.1680/stbu.2000.140.4.355. http://dx.doi.org/10.1680/stbu.2000.140.... ]	Person’s reaction
< 0.35	< 0.50	< 0.66	Reasonable: passive people
0.35 - 1,27	0.50 - 3.50	0.66 - 2.38	Disturbing
1.27 - 2.47	3.50 - 6.90	2.38 - 4.64	Unacceptable
> 2.47	> 6.90	> 4.64	Probably causing panic

Load model	a_p (m/s²)	a_w,rms (m/s²)	VDV (m/s^1.75)	SS
LM I	0.665	0.176	0.476	Section A
LM II	0.865	0.467	0.978	Section C
LM III	0.665	0.176	0.476	Section F

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[1] Corresponding author: José Guilherme Santos da Silva. E-mail: jgss@uerj.br