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CURSO DE ENGENHARIA CIVIL FACULDADE INTEGRADO CAMPU CAMPO MOURÃO– PROJETO INTEGRADOR IV ESTRUTURAS-CONCRETO ARMADO Prof. MSc. Maria Alessandra Mendes Matheus Vilas Boas Zacarias RESUMO O presente trabalho busca analisar com um banco de dados de alguns artigos as estruturas de concreto armado, com índices estudados se propõem observar normas, métodos e técnicas eficazes para uma construção viável e segura, o seguinte trabalho busca analisar um banco de dados focando-se na a influencia do índice de retangularidade de pilares e das condições de contorno na resistência a punção de ligação laje-pila, os índices experimentais as condições que podem afetar a resistência de punção de lajes, o artigo escolhido como base analisou 131 lajes buscando observar a precisão e recomendações das normas NBR, Eurocode,ACI e fib model 2010,os resultados obtidos ao serem analisados tramitam com as questões de segurança que a norma estabelece. Palavras chave: Concreto, armação, estrutura. 1. INTRODUÇÃO Algumas tecnologias foram desenvolvidas ou aperfeiçoadas para a execução de uma construção. Esse seu desenvolvimento desde a idade da pedra quando o ser humano percebeu que deveria construir um abrigo para sua segurança; Com os avanços tecnológicos foi possível reinventar novas formas de construir e arquitetar coisas grandiosas e essas coisas grandiosas precisaria de uma estrutura forte que não sofria danos com o passar dos tempos surgiram novas formas de construir não Professor Orientador. Graduado em Engenharia Civil pela Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC, Mestre em Engenharia Hidráulica pela Universidade Federal do Paraná – UFPR, Docente do Curso de Engenharia Civil da disciplina de Projeto Integrador I. Graduando Matheus Vilas Boas Zacarias RA140265-0 apenas argila, ou cimento e areia e pedra o concreto armado surgiu proporcionando uma estrutura fixa e maleável ao mesmo tempo. o concreto armado surgiu por volta de 1850 foi criado para se aliar as qualidades da pedra de resistência a compressão e durabilidade com as do aço de resistência mecânica, vantagens de poder assumir qualquer forma com rapidez e facilidade, proporcionando a necessária proteção ao aço contra a corrosão mais ainda temos que considerar muitas coisas como a ação da natureza contra uma laje ou pilar, fatores críticos de tensões impostas sobre uma laje, teorias de fissuras e condições de matérias, a vários cálculos que determinaram a carga de ruptura de uma laje que esta sendo submetida a uma força dobre ela cálculos de punção da fissura critica e algumas recomendações de segurança com NBR6118, ACI318, EUROCODE 2, fib model 2010 e outras que estabelecem equações normativas para a segurança de uma laje se estudou um banco de dados com 131 tipos de lajes que apresentaram resultados referentes as normas estabelecidas. 2. REVISÃO BIBIOGRÁFICA: Existem varias razoes para intervir em uma estrutura de concreto armado, como mudanças no uso da edificação, com aumentos de carga, ocorrência de danos em partes da estrutura, reabilitação após sinistros, ocorrência de erros de projeto de execução (HOLLAWAY; HEAD, 20010. nos elementos estruturais como vigas, pilares muros de arrimo na ultima década se desenvolveram com a aplicação de um reforço a estrutura em contraponto ao reforço tradicional que utiliza chapas de aço . Devido principalmente às boas relações resistência e rigidez/peso, os materiais compostos são cada vez mais utilizados em estruturas de engenharia civil (HOLLAWAY; HEAD, 2001, LOPEZ-ANIDO; NAIK, 2000, BURGOYNE, 1999, MOSALLAM, 2002). Um material composto clássico é constituído por uma matriz polimérica, reforçada por fibras, onde a resistência e a rigidez são dadas pelo tipo, quantidade, orientação e posição do reforço. Em relação aos materiais tradicionais da construção civil, os materiais compostos destacam-se pelas qualidades estruturais e construtivas. Seja para recuperação ou criação de novas estruturas, os compostos apresentam vantagens como a alta resistência e a leveza, as propriedades anticorrosão, a estabilidade dimensional, os baixos custos de instalação e de recuperação e a modularidade (NETO; PARDINI, 2006, JONES, 1975). Uma das principais aplicações dos materiais compostos na construção civil é o reforço de estruturas de concreto armado utilizando PRFC (Polímero Reforçado por Fibra de Carbono). Lajes, vigas, pilares, paredes e outros elementos estruturais podem ser reforçados (BEBER, 2003, CAMPAGNOLO; SILVA FILHO; BEBER, 1999, FORTES, 2000, MACHADO, 2002 ALCAINO; SANTA-MARIA, 2008, MENON, 2008). Com o desenvolvimento das cidades há uma tendência de grandes contingentes populacionais habitarem os centros urbanos, provocando, desta forma, escassez de espaços e tornando os edifícios de média altura uma característica das cidades modernas. Este tipo de edificações resulta muito vulnerável quando se apresenta um dos fenômenos mais destrutivos da natureza, os terremotos. De acordo com Santoset al. [5] em estruturas com alturas inferiores a 20 pavimentos, a influência de ações sísmicas pode ser mais importante que a ação do vento. Conforme Mehta & Monteiro [1], pode-se afirmar que o material de construção mais consumido em todo o planeta é o concreto. Sua aplicação é bastante antiga e sua composição praticamente não sofreu grandes modificações ao longo do tempo. Assim, seria possível chegar à conclusão de que, pela sua vasta aplicação e relativamente pouca variabilidade de composição ao longo dos anos, a técnica de execução do concreto já estaria consolidada, a ponto de se obter estruturas quase que perfeitas. Entretanto, o que se vê no ambiente prático é o aparecimento cada vez mais comum de falhas em estruturas de concreto e a sua degradação precoce, sendo muitas vezes necessário restringir o uso da estrutura ou até mesmo demoli-la. Segundo Helene [2], o concreto de cimento Portland tem provado ser o material de construção mais adequado para estruturas, apresentando vantagens em relação a outros sistemas construtivos, como madeira, aço e alvenaria. Entretanto, desde os primeiros indícios de seu uso, o concreto é submetido às mais variadas sobrecargas e ações ambientais, que culminam em uma grande incidência de manifestações patológicas, que são acompanhadas por altos custos das medidas tratativas. 2.1 Estudos da influência da configuração estrutural na resposta sísmica de uma estrutura de concreto armado O Brasil situa-se, em grande parte, na região central da placa tectônica sul- americana, que é uma região bastante estável. Mas parte do país encontra-se perto das bordas desta placa, aonde já foram registradas ações sísmicas significativas e existe ainda a possibilidade de ocorrência de sismos intraplacas. Há cerca de 40 falhas ativas sismicamente, inclusive falhas na região central da placa sul-americana, desde o norte até o sul do país. A falha BR-47, por exemplo, corta o estado de Minas Gerais e já foi registrado um sismo de magnitude 4,7 na cidade de Itacarambi em 2007. Deste modo, essas condições incentivaram a elaboração de uma norma brasileira, a NBR 15421:2006 - Projetos de estruturas resistentes a sismos [1] - para especificar os locais onde projetos específicos e verificações de segurança de estruturas sujeitas a ações sísmicas são necessários. A partir de 2006, as pesquisas no Brasil que visam avaliar os efeitos dossismos nas estruturas vêm aumentando, mas ainda são poucas em relação a países com elevada atividade sísmica e desenvolvimento econômico alto. Em geral, essas pesquisam fazer comparativos entre as diversas normas sul-americanas de projeto sísmico, como também estudam os principais parâmetros que influenciam nos períodos naturais da estrutura, a importância da aceleração sísmica e no tipo de solo no local onde a obra será construída, sendo os trabalhos de Santos et al. [6], Miranda [7] e Parisenti [8] alguns dos mais destacados. A vulnerabilidade sísmica dos edifícios está intimamente relacionada com as características dos sistemas estruturais e tipologias construtivas, facto evidenciado pelos danos observados em edifícios após sismos intensos. Os principais factores de vulnerabilidade das construções são: O tipo de elementos resistentes, sendo de esperar, por exemplo, que um edifício com paredes resistentes de alvenaria sem confinamento sofra danos significativamente mais importantes do que um edifício com elementos estruturais de aço ou betão; a configuração dos sistemas estruturais (dimensões e forma em planta, número de pisos e disposição em altura, distribuição da massa); As disposições de dimensionamento do projeto; A qualidade da construção; Os materiais, os métodos construtivos e a tecnologia própria da região onde se localizam as construções e da sua época de construção. O concreto armado éum dos materiais mais utilizados para as estruturas na construção civil devido à fácil obtenção dos materiais constituintes, possibilidade da diversidade de formas geométricas aplicáveis a elevada durabilidade do material. Adurabilidade da estrutura destaca-se pela cobertura do aço com o concreto que sua função tende a proteger o aço contra agentes ambientais agressivos e contra possíveis choques físicos. O concreto é formado por uma mistura de elementos sendo eles o Cimento, Areia, Brita, Pedregulho, aditivos e a água, sendo de maior importância o cimento e água, Existem diversos tipos de cimento utilizados para a fabricação do concreto, dentre eles estão: cimento natural: é obtido através da calcinação da pedra calcária argilosa natural e o cimentoportland: é produzido por meio da uma calcinação de uma mistura contendo de 75 a 80 por cento de carbonato de cálcio e 20 a 23 por cento de argila, que por sua vez dividem-se em três tipos, cimento de alta resistência inicial usado em casos específicos,de alto- forno, pega mais lenta e resistência maior e o cimento comum para construções em geral. A pedra é empregada nas construções desde a antiguidade. Egípcios, gregos e romanos Utilizaram largamente a pedra como material de construção, em obras que até hoje são monumentos como as pirâmides egípcias, os templos gregos e os arcos romanos. Porém, o emprego do concretoarmado já é bem mais recente, cerca de pouco mais de um século. Um material de construção deve apresentar duas qualidades principais: resistência e durabilidade. A pedra tem durabilidade muito grande, praticamente ilimitada e oferece elevada resistência aos esforços de compressão, mas baixa resistência à tração. A madeira e o aço, materiais largamente utilizados na construção, apresentam por seulado deficiências particulares, a saber,que a madeira com resistência de tração e compressão pouco Elevadas e durabilidade limitada e o aço, apesar da excelente resistência aos esforços detração e compressão, está sujeito a deteriorar-se com o tempo. Pode-se imaginar que o concreto armado tenha surgido com o desejo de gerar um tipo de construção que utilizando uma "pedra" artificial apresentasse adurabilidade da pedra natural, tivesse a vantagem de ser fundido nas dimensões desejadas e associando o aço a essa"pedra" artificial, aproveitasse a alta resistência deste material, ao mesmo tempo em que,protegendo-o , aumentasse sua durabilidade.É considerada como sendo, a primeira peça executada em concreto armado, um barco construído por LAMBOT em 1.849 na França. As técnicas construtivas empregadas para sistemas estruturais de edificações o concreto armado e o mais utilizado, convencionalmente moldado in loco3,sendo os matérias mais utilizados para moldagem de fácil obtenção no mercado. Ainda fator de relevância para difusão do seu emprego está na durabilidade do material, de modo que em ambientes não agressivos duram mais de cem anos sem manutenção (couto etal,2013) O dimensionamento e a analise de pilares são fundamentais nas etapas de um projeto, pois a estrutura pode estar no estado limite e estar em estado de esgotamento da capacidade resistente ao cisalhamento nas vizinhanças da ligação laje-pilar. A punção pode levar a estrutura a ruina através do colapso progressivo, podemos evitar colapsos por punção como o dimensionamento, recomendações de normas de projeto, resistência ao cisalhamento constante ao longo de um perímetro. A nbr6118 recomenda que a resistência a punção de lajes lisas de concreto armado sem armadura de cisalhamento seja verificada em duas regiões: a resistência a tração diagonal da ligação deve ser verificada no perímetro de controle u1segundo a equação [1] a resistência máxima da ligação (esmagamento da biela) deve ser verificada no perímetro de controle u0 em torno do Pilar, através ada equação 5 que apresenta detalhes sobre perímetros de controle propostos pela nirma brasileira Vrc= 0,18*(1+√200/d)*(100*p*Fc)1/3u1*d [1] Onde: ρ é a taxa geométrica de armadura de flexão, expressa por x y ρ = ρ ⋅ρ ρ ; x e ρy são as taxas de armadura nas duas direções ortogonais, calculadas considerando uma largura igual à dimensão ou área carregada do pilar acresci da de 3d para cada um dos lados: fc é a resistência à compressão do concreto em MPa (fc≤ 50 MPa); u1 é um perímetro de controle afastado de uma distância de 2·d da face do pilar; d é a altura útil da laje em mm. (2) ,max 1 0 0,27 R v c V = ×a × f ×u ×d Onde: ( ) 1 1 250 v cα = − f u0 é o perímetro do pilar. Figura 1 teoria da fissura critica de cisalhamento Adaptado de moraes neto [36] 3. Recomendações normativas: Segundo a norma NBR 6118 [3] recoenda-se para estruturas de concreto armado com lajes, que suas resistências de punção sejam verificadas em duas regiões, onde se atua a resistência a tração diagonal da ligação, e a resistência máxima de ligação em torno do pilar. As estruturas de concreto devem atender aos requisitos mínimos de qualidade classificados durante sua construção e serviço, e aos requisitos adicionais estabelecidos em conjunto entre o autor do projeto estrutural e o contratante. Consiste basicamente na segurança à ruptura. Consiste na capacidade de a estrutura manter-se em condições plenas de utilização, não devendo apresentar danos que comprometam em parte ou totalmente o uso para o qual foi projetada. Consiste na capacidade de a estrutura resistir às influências ambientais previstas e definidas em conjunto pelo autor do projeto estrutural e o contratante, no início dos trabalhos de elaboração do projeto. O cálculo de uma estrutura de concreto é feito com base no projeto arquitetônico da obra e no valor de algumas variáveis, como por exemplo, a resistência do concreto que será utilizado na estrutura. 3.1 fib MODEL CODE 2010 As recomendações apresentadaspelo Fib MODEL CODE 2010 baseiam-se nume modelo físico fundamentado na teoria da fissura critica de cissalhamento, a resistência a punção e um fenômeno para diferntes situações que ocorrem na prática do projeto de estruturas de concreto (Fib MODEL CODE 2010 [6,7] ). A teoria desenvolvida por Muttoni baseia-se na ideia de que a resistência à punção diminui com o aumento da rotação da laje, o que pode ser explicado pelo surgimento de uma fissura crítica de cisalhamento que se propaga na laje cortando a diagonal comprimida que transmit e a força cortante para o pilar (ver Figura 9a). A abertura dessa fissura reduz a resistência da biela comprimida e pode eventualmente levar a uma ruptura por punção. Segundo Muttoni e Schwartz [14] a espessura desta fissura é proporcional ao produto ψ·d (ver Figura 9b). Já a transmissão de cisalhamento na fissura crítica está diretamente ligada à rugosidade de sua superfície, a qual por sua vez é função do tamanho máximo do agregado graúdo. Baseando-se nesses conceitos, Muttoni [15] propõe que a parcela de resistência ao cisalhamento proporcionada pelo concreto pode ser estimada segundo a Equação 17. A Figura 10 apresenta a posição e geometria dos perímetros de controle segundo a TFCC. Onde: Figura 2 - Teoria da fissura crítica de cisalhamento (TFCC) ψ é a rotação da laje; dg0 é o diâmetro de referência do agregado admitido como 16 mm; dg é o diâmetro máximo do agregado usado no concreto da laje. Figura 3: banco de dados das características de lajes Como o fib model 2010 nao apresenta nenhuma instrução a resistencia a punção de pilares retangulares foi preciso assumir parametro e tomar algumas decisões a fim de permitir seu uso nestas analises foram calculadas as rotações dos pilares retangulares usando a estimativa de resistencia a punção, Buscando melhorar os resultados da NBR 6118 [3], avaliou-se o desempenho de suas estimativas teóricas se fossem incorporados nesta norma os fatores de flexão, conforme sugerido por Oliveira [8]. Ainda no caso da norma brasileira, avaliou-se também o efeito de reduzir o coeficiente da Equação 4, de 0,18 para 0,16, conforme sugerido por Sacramento et al. [17]. No caso da norma fib Model Code 2010, também foram testadas adaptações que permitissem a melhoria de suas recomendações. Neste caso, seu desempenho foi analisado caso os fatores de flexão fossem implementados nesta norma. 4. Resusltados Segundo o autor a ACI 318 apresentou resultados conservadores em relação as demais normas com media de 1,45 com maior dispersão dos resultados com coeficiente de varia de 17%, eurocode 2 com media de 1,15 e coeficiente de 14% no caso do eurocode cerca de 87% dos resultados se referem a lajes com pilares retangulares, a nbr 6118 apresentou coeficiente de variação de 13% próximo ao eurocode mais com forte tendencia de resultados contra a segurança a norma brasileira apresentou media de 0,95 tendo superestimado a resistência do banco de dados em 71% dos casos evidenciando a urgência de revisar suas recomendações, com as adaptações sugeridas a nbr poderia apresentar melhorias significativas e possível observar que sua penalização seria de ordem 42 e com a maioria dos resultados enquadrando-se na faixa de classificação onde a penalidade e igua a zero entre 0,85 e 1,15. Tabela a. Comparação entre os resultados experimentais e os normativos Tabela b. Comparação entre os resultados experimentais e os normativos Segundo o autor a ACI 318 apresentou resultados conservadores em relação as demais normas com media de 1,45 com maior dispersão dos resultados com coeficiente de varia de 17%, eurocode 2 com media de 1,15 e coeficiente de 14% no caso do eurocode cerca de 87% dos resultados se referem a lajes com pilares retangulares, a nbr 6118 apresentou coeficiente de variação de 13% próximo ao eurocode mais com forte tendencia de resultados contra a segurança a norma brasileira apresentou media de 0,95 tendo superestimado a resistência do banco de dados em 71% dos casos evidenciando a urgência de revisar suas recomendações, com as adaptações sugeridas a nbr poderia apresentar melhorias significativas e possível observar que sua penalização seria de ordem 42 e com a maioria dos resultados enquadrando-se na faixa de classificação onde a penalidade e igua a zero entre 0,85 e 1,15. 5. COCLUSÕES: O artigo escolhido com enfoque na área influencia do índice de retangularidade de laje-pila buscou analisar um banco dados com 131 lajes para a avaliação de diferentes normas para a resistência das lajes, observando todas as normas conclui- se que a nbr 6118 apresentou os piores resultados, Os resultados experimentais mostraram uma tendência de redução do nível de segurança das estimativas normativas, à medida que o índice de retangularidade aumenta, chegando-se em alguns casos a superestimar a resistência à punção.Que estão com um percentual alto que inflinge suas regras sobre a segurança fazendo com que se revise alguns parâmetros de regulamentação técnica para corrigir algumas tendências de resultados inseguros, já as recomendações do ACI 318 e fib model 2010 em seu nível médio estão a favor a segurança, mas também se adquiri a possibilidade de ajuste. 6. REFERENCIAS Revista Ibracon de estruturas e materiais - Influência do índice de retangularidade dos pilares e das condições de contorno na resistência à punção de ligações laje - pilar, volume 8, numero 3 (junho 2015) p.260-295 – ISSN 1983-4195 ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - Projeto de estruturas de concreto – Procedimento MAR 2003 NBR 6118, Origem: Projeto NBR 6118:2001 ABNT/CB-02 - Comitê Brasileiro de Construção Civil CE-02:124.15 - Comissão de Estudo de Estruturas de Concreto Simples, Armado e Protendido disponível em: <http://www.abnt.org.br/> BAPTISTA, André Luis de Brito; BICALHO, Luiz de Araujo; MAGNAGO, Roberto de Oliveira. Produção de tubos de concreto por centrifugação. Cadernos UniFOA , Volta Redonda, n. 27, p. 33-44, abr. 2015. CADERNOS UniFOA ISSN: 1809-9475 e-ISSN: 1982-1816 Edição 27 | Abril de 2015 <www.unifoa.edu.br/cadernos/ojs> CUNHA, J.; CHAVES, L. P.; SANTOS, L. M. S. dos; LOPES, Z. M. F. 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