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Projetos e Detalhes Construtivos de Alvenaria Estrutural Concepção estrutural e distribuição de ações Prof. Me. José Augusto Alves Pimenta Contextualização • Quais ações e cargas fazem parte de uma estrutura? • Como distribuir as paredes com função estrutural? • Uso dos contraventamentos em estruturas. Conceitos Ações nas estruturas e segurança Ações nas estruturas • Ações horizontais: • Empuxo; • Desaprumo; • Vento. • Ações acidentais. Ações horizontais - empuxo • Empuxo de terra: ação produzida pelo maciço de solo na estrutura; • Ação permanente – valores com baixa variação ao longo da vida útil da estrutura; • Cálculo depende de peso específico (g) e ângulo de atrito dos materiais (f); Ações horizontais - desaprumo • Leva em conta algumas possíveis imperfeições geométricas que possam ocorrer nos elementos estruturais; • A falta de linearidade da edificação faz com que o peso próprio da estrutura ocasione um momento na base; 1 2 3 4 5 6 Ações horizontais – ações do vento • Ação variável; • Pode ocorrer em várias direções e sentidos; • Depende do coeficiente de arrasto (Ca), área frontal efetiva (Ae) e pressão dinâmica (q); • Vk é velocidade característica do vento. Ações acidentais • Possuem duração extremamente curta e probabilidade de ocorrência muito baixa; • Essas ações incluem abalos sísmicos, explosões, incêndios e enchentes; • O dano não deve se espalhar para pontos distantes de onde a carga acidental foi aplicada. Segurança nas estruturas • Se dá pela adoção de coeficientes de segurança que têm por objetivo cobrir as incertezas que ainda não podem ser tratadas estatisticamente; • Solicitação de cálculo (Sd): • Coeficiente de minoração da resistência dos materiais (gm): AçoGrauteAlvenariaCombinações 1,152,02,0Normais 1,151,51,5Especiais 1,01,51,5Excepcionais Estados limites • Estado limite último: pela sua simples ocorrência, determinam a paralisação, no todo ou em parte, do uso da construção; • Estado limite de serviço: por sua ocorrência, repetição ou duração, causam efeitos estruturais que não respeitam as condições especificadas para o uso normal da construção, ou que são indícios de comprometimento da durabilidade da estrutura. • A segurança é garantida quando as solicitações atuantes (Sd) com valores já majorados pelos coeficientes (gf) forem menores que os esforços resistentes (Rd), considerando a resistência correspondente aos valores minorados pelo coeficiente (gm); Rd ≥ Sd; • O carregamento atuante em um sistema estrutural pode ser definido pela combinação de ações que possuem probabilidade de ocorrência simultânea sobre a estrutura durante um período pré estabelecido; • Combinações no ELU: normal, especial ou excepcional. • Combinações no ELS: quase permanente, frequente de serviço ou rara de serviço. 7 8 9 10 11 12 Exercício • Viabilidade econômica de um prédio residencial de 6 andares com envelope externo de seção retangular 10 x 20 metros; • NBR 6123/2013 → velocidade básica do vento é de 40 m/s; • Terreno fracamente acidentado, com cota média do topo dos obstáculos igual a 3 metros; • Altura entre lajes é de 3 metros, e o peso estimado para cada pavimento de 4.000 kN. • Calcule os esforços de desaprumo e vento em cada andar, na direção de maior comprimento. Resolução SP1 • Desaprumo: Fonte: Kerst (2018). • Cálculo dos esforços devido ao vento: O carregamento provocado pela ação do vento nesse caso é superior ao de desaprumo, então considera-se somente a ação do vento. Conceitos Principais sistemas estruturais Principais sistemas estruturais • Concepção estrutural: definir quais paredes possuirão função estrutural e quais não serão consideradas como elementos resistentes; • Normalmente utiliza-se o projeto arquitetônico; • As paredes estruturais são arranjadas a fim de garantir uma estabilidade lateral adequada. Fonte: Kerst (2018). 13 14 15 16 17 18 Paredes transversais • Parede externa na direção de maior comprimento com função de vedação e as demais paredes com função estrutural; • São utilizadas em conjunto de lojas, hotéis, escolas e outros; • Nesse caso, as lajes usadas são armadas apenas em uma direção apoiando-se nas paredes estruturais. Paredes celulares • Possui paredes estruturais em ambas as direções, proporcionando maior robustez e estabilidade; • Limita a arquitetura da edificação, uma vez que todas as paredes possuem função estrutural; • Geralmente utilizado na construção de residências e edificações de pequeno porte; • As lajes normalmente são armadas em ambas as direções. Sistema complexo • Representa os vários arranjos de paredes estruturais possíveis usando a combinação de paredes transversais e celulares; • Aplicado quando a arquitetura exige algumas paredes externas sem função estrutural, e regiões mais rígidas, onde todas as paredes são consideradas estruturais; • As lajes podem ser armadas tanto em uma direção quanto em duas, dependendo do caso em que estão sendo aplicadas. Softwares para cálculo estrutural • TQS – Softwares para engenharia de estruturas; • TQS: Projetos de estruturas de concreto; • Alvest: Projetos de edifícios de alvenaria estrutural; • PREO: Projetos de estruturas pré-moldadas. • SAP2000 – Software para análise estrutural e dinâmica, linear e não-linear por elementos finitos; • Eberick – Software para projeto estrutural. Pesquise por versões para estudantes! Conceitos Cargas das lajes e peso próprio; procedimentos de distribuição Cargas provenientes das lajes • Constituem a parcela de carga vertical responsável pelo uso da estrutura, considerando os carregamentos variáveis, como os provocados pelo peso dos móveis, pessoas, utensílios e outros. Carga (kN/m²)Local 3,0Com acesso ao públicoCorredores 1,5Dormitórios, sala, copa, cozinha e banheiro Edifícios residenciais 3,0Com acesso ao públicoEscadas 2,0Salas de uso geral e banheiroEscritórios 0,5Sem acesso a pessoasForros 2,0Sem acesso ao públicoTerraços 19 20 21 22 23 24 Cargas provenientes do peso próprio • Consistem na parcela de carga vertical referente ao peso de todos os elementos construtivos fixos e demais instalações permanentes. Peso específico (kN/m³)Materiais 28,0Granito, mármore e calcárioRochas 13,0Tijolo furadoBlocos artificiais 19,0Argamassa de cal, cimento e areiaRevestimentos e concretos 25,0Concreto armado 5,0Pinho e cedroMadeiras Procedimentos de distribuição • A distribuição das cargas poderá ocorrer apenas após a avaliação da interação entre paredes; • Caso constatado que não há capacidade de resistência que garanta a interação, cada elemento funcionará isoladamente, não havendo, portanto, a distribuição; • Método de paredes isoladas; • Método dos grupos isolados de paredes; • Método dos grupos de paredes com interação. Método de paredes isoladas • Cada parede é considerada de forma isolada, sem interagir com os outros elementos estruturais; • A carga em cada parede é obtida pela soma das cargas atuantes na parede nos pavimentos superiores; • A carga atuante nas paredes se torna muito variável; • Possui grande desvantagem econômica. Método dos grupos isolados de paredes • Os grupos são definidos pelo conjunto de paredes que possuem capacidade para transmitir as forças entre si; • As ações atuantes nas paredes são distribuídas uniformemente dentro dos grupos, e estes são considerados isolados dos demais grupos; • Resulta em uma tensão menor que o método das paredes isoladas, além de representar uma situação mais real. Método dos grupos de paredes com interação • A distribuição dos esforços é feita de maneira muito semelhante ao dos grupos isolados; • A única diferença é que nesse processo é considerada uma interação entre os grupos pelas aberturas; • É preciso determinar uma taxa de interação que funcionará a fim de regular a quantidade de carga que seria distribuída nas regiões de abertura. Exercício • Agora você precisa estabelecer o carregamentofinal em cada uma das paredes; • O empreendimento em questão é um edifício residencial em alvenaria estrutural de 6 andares (5 pavimentos tipos + térreo). 25 26 27 28 29 30 Fonte: Kerst (2018). Fonte: Kerst (2018). Exercício • Cargas permanentes: para uma estimativa inicial das cargas, adotamos laje maciça de 12 cm de espessura, contrapiso de 2 cm, piso em cerâmica em todos os ambientes e revestimento de gesso no teto; • Cargas acidentais: cargas variáveis para cada ambiente; • Quarto, sala, cozinha, banheiro: 1,5 kN/m²; • Corredor: 2,0 kN/m². • Combinação de cargas: Qd = 1,25 Qpp + 1,5 Qsob. Conceitos Distribuição de ações para contraventamento e estabilidade Forma do edifício x capacidade resistência • Uma planta simétrica e com distribuição de paredes semelhantes nas duas direções principais tende a ter efeito de torção reduzida na planta do prédio; • Plantas não simétricas possuem grandes efeitos de torção devido à ação lateral; • A rigidez lateral está associada à área total de paredes naquela direção e aumentando a rigidez, reduz o deslocamento lateral. 31 32 33 34 35 36 Contraventamento simétrico • O deslocamento horizontal de todas as paredes do mesmo pavimento será uniformizado pela laje; • Usando o método das paredes isoladas: • Determinar a porção da carga recebida por cada parede de modo proporcional à rigidez; • Definir a soma de todas as inércias; • Calcular a rigidez relativa de cada painel. Contraventamento simétrico • Usando o método das paredes isoladas: • Calcular a ação atuante em cada painel; • Determinar os diagramas de esforços solicitantes e as tensões em virtude dessas ações. Contraventamento assimétrico • Deve levar em conta também os esforços de rotação que surgirão por causa da diferença de rigidez entre os contraventamentos; • O esforço atuante em um contraventamento assimétrico é dado pela soma da parcela referente à translação com a parcela devido à rotação. Contraventamento assimétrico • Em seguida calcular a força cortante em virtude da translação, sendo esta proporcional à rigidez de cada parede; • E a força cortante devido à rotação de cada parede. Consideração de trechos rígidos • Feita quando existe a necessidade de simular o comportamento de elementos que possuem rigidez significativamente maior que os demais (lajes e vigas canaletas); • Esse tipo de arranjo permite considerar um acréscimo no comprimento da viga, garantindo uma simulação mais realista do comportamento da edificação; • Considerar os nós como elementos infinitamente rígidos. Efeitos • Locais: verifica-se a estabilidade de cada elemento de maneira isolada; • Globais: considera-se toda a estrutura trabalhando em conjunto; • De primeira ordem: quando o equilíbrio da estrutura é analisado a partir da configuração geométrica inicial; • De segunda ordem: quando o equilíbrio é analisado a partir da condição deformada. 37 38 39 40 41 42 Análise de segunda ordem • Considera a não linearidade geométrica da estrutura; • Obtida através da interação entre as forças e o deslocamento na estrutura, até convergirem para um valor final; • Segundo a NBR 6118 (ABNT, 2014), os efeitos de segunda ordem podem ser desprezados sempre que não representem acréscimo superior a 10% nas reações e nas solicitações relevantes da estrutura. Análise de segunda ordem • Método do parâmetro a • a ≤ 0,7 para sistemas compostos apenas por pilares- parede; • a ≤ 0,6 para sistemas mistos; • a ≤ 0,7 para sistemas compostos por apenas pórticos. Análise de segunda ordem • Método do parâmetro gz • DM é o acréscimo de momento devido ao deslocamento horizontal; • M1 é o momento de primeira ordem; • gz é o parâmetro de instabilidade, devendo ser inferior a 1,10. Exercício • Aplicando a força horizontal indicada no quadro, verifique a distribuição dos esforços horizontais em cada uma das paredes representadas na figura, considerando a força horizontal referente ao 5º pavimento tipo. • Para uma ideia mais precisa dos elementos de fundação, calcule também o momento na base do edifício em função dos esforços horizontais. Fonte: Kerst (2018). 43 44 45 46 47 48 Exercício • Podemos calcular segundo o método da distribuição de ações para contraventamentos simétricos: • Para definir qual fundação será usada, uma das etapas é quantificar o momento na base da edificação gerada pelas forças horizontais; • Como a distância entre os pavimentos é 3 metros, podemos calcular o momento total pela soma das parcelas de cada força horizontal. Conceitos Recapitulando Recapitulando... • Ações nas estruturas; • Segurança nas estruturas; • Principais sistemas estruturais; • Distribuição de cargas verticais e horizontais em contraventamentos. 49 50 51 52 53
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