CONCEPÇÃO E ANÁLISE DE ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS EM …

1 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA UNESP - CAMPUS DE BAURU/SP FACULDADE DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Relat rio Final de Inicia o Cient fica - FAPESP Processo n. 07/50606-1 Per odo: 01/08/07 a 10/08/08 CONCEP O E AN LISE DE ESTRUTURAS DE EDIF CIOS EM CONCRETO ARMADO Aluno: Marcos Robiati Barboza Orientador: Prof. Dr. Paulo S rgio dos Santos Bastos Bauru/SP Agosto/2008 RESUMO A evolu o dos modelos de an lise estrutural de edif cios vem ocorrendo de maneira muito r pida, ap s o surgimento dos microcomputadores na d cada de 80, e a tend ncia atual e futura cada vez mais analisar a estrutura de forma global, considerando a intera o dos diversos elementos, at com o solo. Seguindo essa tend ncia, as normas brasileiras e os programas computacionais comerciais v m introduzindo teorias cada vez mais complexas e refinadas de an lise e dimensionamento. Embora existam v rios trabalhos sobre o projeto estrutural de edif cios, eles encontram-se esparsos, cada um tratando de um item espec fico.

2 Procurando contribuir nessa quest o, este trabalho re ne informa es necess rias concep o e ao projeto estrutural de edif cios, tais como a concep o estrutural, abrangendo os diferentes tipos de sistemas estruturais para os pavimentos dos edif cios, a estrutura o vertical, necess ria para garantir a estabilidade global, com a descri o dos conceitos relativos aos par metros e z , modelos de an lise de deslocamentos e esfor os solicitantes dos elementos estruturais do pavimento (lajes maci as isoladas, grelhas, etc.), e considera o de p rticos planos e espaciais para an lise de vigas e pilares, sob as a es verticais e horizontais. S o mostrados tamb m como s o determinados os esfor os solicitantes nas vigas e pilares, advindos do p rtico espacial. SUM RIO 1 INTRODU O .. 1 OBJETIVOS .. 3 CONTE DO DO RELAT 4 2 CONCEP O DO PAVIMENTO .. 5 GENERALIDADES.

3 5 CONCEP O ESTRUTURAL .. 8 LAYOUT FLEX 9 SISTEMAS 10 SISTEMAS ESTRUTURAIS FORMADOS POR LAJES, VIGAS E PILARES 15 LAN AMENTO DE VIGAS E PILARES .. 17 SISTEMAS ESTRUTURAIS FORMADOS POR LAJES E PILARES .. 18 LAJES MACI 19 LAJES LISAS E LAJES 26 LAJES 30 MATERIAL DE 31 TIPOS DE LAJES NERVURADAS .. 37 MODELOS DE C 38 PRESCRI ES DA NBR 6118 40 VINCULA 42 LAJES NERVURADAS LISAS .. 43 LAJES 46 LAJES PR -FABRICADAS .. 54 LAJES PR -FABRICADAS PROTENDIDAS .. 55 LAJES COM VIGOTAS PR 55 SISTEMA CONVENCIONAL .. 56 SISTEMA COM VIGOTAS TRELI ADAS .. 59 PAIN IS TRELI ADOS .. 62 MATERIAIS DE 63 ARMADURAS COMPLEMENTAR E DE DISTRIBUI O .. 66 COMPORTAMENTO 67 VANTAGENS E DESVANTAGENS DE LAJES COM VIGOTAS PR -FABRICADAS .. 68 3 CONCEP O VERTICAL .. 70 CAMINHAMENTO DAS A ES .. 70 CONSIDERA O DO VENTO NAS ESTRUTURAS .

4 71 ESTRUTURAS DE CONTRAVENTAMENTO .. 71 SISTEMAS DE CONTRAVENTAMENTO .. 76 PILARES E PILARES-PAREDE .. 76 P RTICOS DESLOC VEIS .. 78 P RTICOS INDESLOC VEIS .. 79 N CLEOS DE RIGIDEZ .. 80 TUBOS DE PERIFERIA .. 82 SISTEMAS MISTOS .. 84 4 ESFOR OS SOLICITANTES E 88 TEORIA DA ELASTICIDADE E VIGAS CONT NUAS ISOLADAS .. 90 MODELO DE GRELHA .. 98 GRELHA DE VIGAS .. 100 GRELHA DE VIGAS E LAJES .. 102 P RTICOS PLANOS .. 105 P RTICO ESPACIAL .. 108 ESCOLHA DO MODELO .. 112 TIPOS DE AN LISE ESTRUTURAL .. 113 AN LISE LINEAR .. 114 AN LISE LINEAR COM REDISTRIBUI O .. 116 AN LISE N O-LINEAR .. 116 N O-LINEARIDADE F SICA .. 117 N O-LINEARIDADE GEOM TRICA .. 119 AN LISE PL STICA .. 120 AN LISE POR MODELOS F SICOS .. 121 ESTABILIDADE 121 AN LISE DE SEGUNDA ORDEM.

5 122 CLASSIFICA O DA estrutura QUANTO MOBILIDADE DOS N S 126 PAR METRO DE INSTABILIDADE .. 127 COEFICIENTE 130 ESFOR OS NOS PILARES .. 132 ESFOR OS NORMAIS .. 137 MOMENTOS FLETORES .. 139 FOR A CORTANTE E MOMENTO TOR OR .. 143 ESFOR OS NAS VIGAS .. 144 MOMENTOS FLETORES .. 145 ESFOR OS CORTANTES .. 146 MOMENTO TOR OR .. 147 ESFOR OS NORMAIS .. 150 5 CONSIDERA ES FINAIS .. 152 REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS .. 154 BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR .. 158 ANEXO A .. 159 Relat rio Final de IC - Concep o e an lise de ESTRUTURAS de edif cios em Concreto Armado 1 CAP TULO 1 1 INTRODU O A an lise de edif cios um t pico de grande import ncia para a Engenharia de ESTRUTURAS . Qualquer desenvolvimento t cnico obtido para essa rea produz, por efeito de escala, um benef cio sens vel para toda a sociedade, porque os edif cios s o em n mero t o expressivo que deixam as outras ESTRUTURAS em situa o de menor destaque (LISERRE, 2003).

6 At o advento dos microcomputadores PC em 1981, os projetos dos edif cios de Concreto Armado eram feitos com muito trabalho manual. Os c lculos eram tantos que o engenheiro de ESTRUTURAS era conhecido como Engenheiro Calculista (LONGO, 2003). O modelo de an lise consistia basicamente em subdividir a estrutura em elementos mais simples e isolados, fazendo-se uma separa o virtual entre as lajes, as vigas e os pilares. Um pavimento de edif cio, por exemplo, era dividido em lajes isoladas, que se apoiavam nas vigas de borda, que por sua vez descarregavam suas cargas nos pilares. Esse esquema facilitava a determina o dos esfor os solicitantes, estando hoje limitado a constru es de pequeno porte. No caso das a es horizontais do vento, devido s dificuldades de an lise, os seus efeitos eram geralmente desprezados na grande maioria dos edif cios, principalmente aqueles com at dez pavimentos formados por estrutura convencional (lajes maci as, vigas e pilares).

7 Quando n o era adequado ignorar o vento, a estrutura de contraventamento era formada basicamente por p rticos planos. O aparecimento dos microcomputadores tornou vi vel a aplica o de procedimentos mais sofisticados, que consideram a intera o entre os v rios elementos estruturais. Dessa forma, pouco a pouco os modelos de an lise estrutural foram se tornando mais realistas. As vigas passaram a ser consideradas em conjunto, formando uma grelha. Em seguida, as lajes passaram a ser analisadas em conjunto com as vigas numa mesma grelha, representativa de todo o pavimento. Relat rio Final de IC - Concep o e an lise de ESTRUTURAS de edif cios em Concreto Armado 2 Outra melhoria significativa na an lise dos pavimentos foi a possibilidade de aplica o do M todo dos Elementos Finitos, ainda mais preciso que o modelo de grelha. Com os Modelos de Grelha e Elementos Finitos, a intera o existente entre as vigas, lajes e pilares passaram a interagir, produzindo resultados mais pr ximos realidade (FONTES, 2006).

8 Tamb m no caso da an lise do edif cio sob a a o do vento a evolu o dos procedimentos trouxe uma solu o muito mais eficiente, com a estrutura de contraventamento sendo composta por um p rtico tridimensional, permitindo avaliar a intera o entre os elementos estruturais de forma mais precisa. A evolu o dos modelos de an lise estrutural foi t o grande que, hoje, o computador um equipamento imprescind vel no projeto de edif cios. A tend ncia atual e futura cada vez mais analisar a estrutura de forma global, considerando a intera o dos diversos elementos, at mesmo com o solo, o que j vem sendo muito pesquisado. Seguindo essa tend ncia, a NBR 6118/03 e os programas computacionais comerciais para projeto de ESTRUTURAS de concreto armado, v m introduzindo teorias cada vez mais complexas e refinadas de an lise e dimensionamento. Conforme a NBR 6118/03 (item ), Os esfor os devidos a o do vento devem ser considerados e recomenda-se que sejam determinados de acordo com o prescrito pela ABNT NBR 6123.

9 Como n o existem itens simplificadores que permitam desprezar a a o do vento em situa es espec ficas, como existiam na NB 1/78, a considera o da a o do vento passou a ser obrigat ria, independentemente do n mero de pavimentos (altura do edif cio), rea constru da, etc., o que imp e altera es importantes na determina o dos esfor os solicitantes nos elementos. O modelo cl ssico de viga cont nua, simplesmente apoiada nos pilares e virtualmente separada dos demais elementos, n o permite considerar de forma adequada os esfor os ocasionados pelo vento, devendo ficar restrito a constru es de pequeno porte (baixa altura). De outro lado, os modelos que consideram a n o-linearidade f sica e geom trica v m ganhando espa o, com um n mero significativo de teses e disserta es j publicadas. Os programas computacionais comerciais j est o possibilitando o projeto com an lises n o-lineares.

10 Por m, nos cursos de gradua o em Engenharia Civil normalmente ensinada apenas a an lise linear. O ensino do projeto de ESTRUTURAS de edif cios nos cursos de Engenharia Civil tem estado sob press o nos ltimos anos. comum verificar que as novas metodologias de an lise estrutural ainda n o est o inseridas nos programas das disciplinas, fazendo parte somente de disciplinas de p s-gradua o. Por isso, v rias disciplinas necessitam ter seu programa alterado e modernizado, contemplando principalmente a an lise de pavimentos como grelha, os Relat rio Final de IC - Concep o e an lise de ESTRUTURAS de edif cios em Concreto Armado 3 conceitos relativos a p rtico espacial, para determina o dos esfor os solicitantes e da estabilidade global do edif cio, e os conceitos de n o-linearidade f sica e geom trica. As apostilas de BITTENCOURT et al. (2003), CAMACHO (2004), LONGO (2000), PAPPALARDO JR.