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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ JULIANO ANDRÉ VERGUTZ RICARDO CUSTÓDIO ANÁLISE COMPARATIVA DE RESULTADOS OBTIDOS EM SOFTWARES DE DIMENSIONAMENTO DE ESTRUTURAS EM CONCRETO CURITIBA 2010 JULIANO ANDRÉ VERGUTZ RICARDO CUSTÓDIO ANÁLISE COMPARATIVA DE RESULTADOS OBTIDOS DE SOFTWARES DE DIMENSIONAMENTO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO Trabalho de conclusão de curso apresentado à disciplina Trabalho Final de Curso como requisito parcial à conclusão de Graduação no Curso de Engenharia Civil, Setor de Tecnologia, Exatas, Universidade Federal do Paraná. Orientador: Prof. Cláudio L. Curotto CURITIBA 2010 Ao meu pai Elton e minha mãe Rossmari, pela minha educação e apoio. Ao meu pai, Osni, pelo apoio e motivação durante esta fase da minha vida. AGRADECIMENTOS A Deus, pela vida, oportunidades, conhecimento e proteção. Ao professor Claudio Luiz Curotto, pela atenção e orientação, dada ao longo deste trabalho. Aos professores Antonio Stramandinoli e Jorge Luiz Ceccon, pelas dúvidas tiradas. RESUMO Na elaboração de projetos estruturais de concreto armado, os três programas de cálculo estruturais mais utilizados atualmente são o EBERICK, CYPECAD e CAD TQS, o primeiro é muito difundido na região sul do país, o segundo é utilizado em outros países, pois pode fazer considerações de normas europeias, o terceiro tem seu uso difundido em todo Brasil. Observar a forma de como é lançado uma estrutura hipotética nestes programas, e quais tipos de análises e critérios adotados entre eles, bem como as diferenças resultantes nos esforços finais é o que se contempla neste trabalho. Os programas entre si apresentam diferenças de análises, no lançamento da estrutura, e na inserção das cargas e distribuição dos esforços, desta forma foram elaboradas planilhas eletrônicas para uso como referência nos resultados globais da estrutura, tais como carga na fundação e nos pilares. Palavras Chaves: Estrutura, análise estrutural, programa, pilar, viga, laje, cargas e esforços. ABSTRACT In the development of structural designs reinforced concrete, the three structural analysis softwares most used today are the EBERICK, CYPECAD and TQS. The first one is well known in the southbound of the country, the second one is used in many countries, as long as it can deal with European codes and the last one is widespread used throughout all the country. Observe how a hypothetical structure is modeled using these programs, and what sort of tests and criteria they adopt, and the resulting differences in final stresses is what can be found in this work. The softwares differ in the kind of analysis, at the modeling of the structure, at the loading step and distribution stresses. So were created spreadsheets to use as a reference to compare the structure’s global results, such as the total load on the foundation and the columns. Key words: structure, structural analysis, software, column, beam, slab, loads and stresses. SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................................... 10 1.1. Justificativa ...................................................................................................................... 11 1.2. Objetivos Gerais .............................................................................................................. 11 1.4. Estrutura do Trabalho ..................................................................................................... 12 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ..................................................................................................... 13 2.1. Histórico do Concreto Armado e do Cálculo Estrutural .................................................. 13 2.2. Lajes ................................................................................................................................. 20 2.3. Vigas ................................................................................................................................ 21 2.4. Pilares .............................................................................................................................. 21 2.5. Propriedades dos Materiais ............................................................................................ 23 2.5.1. Propriedades do Concreto .......................................................................................... 23 2.5.1.1. Massa Específica ...................................................................................................... 24 2.5.1.2. Coeficiente de dilatação térmica ............................................................................ 24 2.5.1.3. Resistência à compressão ....................................................................................... 24 2.5.1.4. Resistência à tração ................................................................................................. 25 2.5.1.5. Módulo de elasticidade ........................................................................................... 25 2.5.1.6. Efeito de Rusch ........................................................................................................ 26 2.5.1.7. Coeficiente do Poisson e módulo de elasticidade transversal ................................ 27 2.5.1.8. Diagrama tensão- deformação ................................................................................ 27 2.5.2. Aço ............................................................................................................................... 29 2.5.2.1. Categorias de aço .................................................................................................... 29 2.5.2.2. Massa específica ...................................................................................................... 29 2.5.2.3. Coeficiente de dilatação térmica ............................................................................ 29 2.5.2.4. Módulo de elasticidade ........................................................................................... 29 2.5.2.5. Resistência à tração ................................................................................................. 29 2.5.2.6. Diagrama tensão- deformação ................................................................................ 30 2.6. Análises estruturais ......................................................................................................... 31 2.6.1. Análise linear ............................................................................................................... 31 2.6.2. Análise linear com redistribuição ................................................................................ 33 2.6.3. Análise plástica ............................................................................................................ 34 2.6.4. Análise não linear ........................................................................................................ 35 2.6.5. Análise através de modelos físicos ..............................................................................37 2.7. Modelos estruturais ........................................................................................................ 38 2.7.1. Modelo de vigas contínuas .......................................................................................... 38 2.7.2. Pórticos planos ............................................................................................................ 39 2.7.3. Pórticos espaciais ........................................................................................................ 42 2.7.4. Modelo de grelhas ....................................................................................................... 43 2.8. Esforços e combinações .................................................................................................. 46 3. FERRRAMENTAS COMPUTACIONAIS ................................................................................... 51 3.1. CYPECAD .......................................................................................................................... 51 3.1.1. Características técnicas de análise .............................................................................. 51 3.2. EBERICK ........................................................................................................................... 53 3.2.1. Características técnicas da análise .............................................................................. 54 3.3. TQS .................................................................................................................................. 56 3.3.1. Características de técnicas de análise ......................................................................... 57 4. METODOLOGIA .................................................................................................................... 58 4.1. Projeto arquitetônico ...................................................................................................... 58 4.2. Pré-dimensionamento dos elementos estruturais ......................................................... 58 4.2.1. Pré-dimensionamento de pilares ................................................................................ 58 4.2.2. Pré-dimensionamento de vigas ................................................................................... 64 4.2.3. Pré-dimensionamento de lajes ................................................................................... 65 4.3. Estimativa das cargas permanentes e acidentais ............................................................ 71 4.3.1. Cargas atuantes nas lajes ............................................................................................ 71 4.3.2. Cargas devido à parede ............................................................................................... 73 4.3.3. Redução das cargas acidentais .................................................................................... 75 4.3.4. Cálculo das reações da escada .................................................................................... 76 4.4. Cálculo dos esforços através da planilha eletrônica ....................................................... 79 4.5. Modelagem computacional da estrutura analisada ....................................................... 81 4.5.1. Eberick ......................................................................................................................... 81 4.5.2. CYPECAD ...................................................................................................................... 85 4.5.3. TQS .............................................................................................................................. 92 5. RESULTADOS ....................................................................................................................... 96 5.1. Consideração da estrutura com laje ............................................................................... 96 5.1.1. Cálculo com pilares pré-dimensionados ..................................................................... 97 5.2. Consideração da estrutura sem laje .............................................................................. 110 5.3. Estudo da laje L1 ........................................................................................................... 115 5.4. Estudo do pilar P1 ......................................................................................................... 129 5.5. Estudo da viga V1 .......................................................................................................... 136 5.5.1. Estrutura com laje ..................................................................................................... 136 5.5.3. Comparativo entre estrutura com laje e estrutura sem laje .................................... 149 5.6. Dados gerais da estrutura ............................................................................................. 151 6. CONCLUSÃO ...................................................................................................................... 155 7. REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 156 ANEXOS ..................................................................................................................................... 159 ANEXO A .................................................................................................................................... 160 ANEXO B .................................................................................................................................... 169 ANEXO C .................................................................................................................................... 180 ANEXO D .................................................................................................................................... 189 10 1. INTRODUÇÃO Há tempos a construção de edifícios de múltiplos andares concebidos em concreto armado tem sido solução largamente empregada no Brasil como resposta ao desenvolvimento das cidades. Sendo assim os projetos estruturais necessitaram de massiva evolução técnica, para ganho de tempo, economia e precisão para que as estruturas em concreto armado pudessem ser realizadas. Nos anos anteriores a década de 70, projetos desta natureza era realizada integralmente a mão, desde os cálculos até os detalhamentos dos elementos estruturais, o que demandava muito tempo para a sua conclusão. Entre os anos 60 e 70 começavam a surgir às primeiras máquinas eletrônicas programáveis. Em meio a esta insurgência tecnológica existiam quatro ou cinco modelos e marcas de máquinas programáveis, dentre elas o modelo Sharp 14, que era programável em linguagem Basic e associada ao uso de cartões magnéticos. Os cálculos de vigas contínuas, por exemplo, eram realizados em duas etapas (dois cartões magnéticos) e posteriormente se faziam os diagramas de momentos fletores e esforços cortantes à mão. Os cálculos das cargas verticais em edifícios, levando em conta o efeito do vento, também eram feitos em duas etapas (dois cartões magnéticos): sendo que primeiramente calculava-se o momento devido ao vento em cada pavimento e depois, este efeito era somado com a carga vertical de cada pilar em cada pavimento. Atualmente pode-se afirmar que os projetos estruturais são realizados por meio de pacotes computacionais disponíveis comercialmente, o que conduziu a mudanças significativas na concepção estrutural das estruturas. Nesses pacotes os métodos de análise programadosconduzem a solução da estrutura a um nível de precisão satisfatório, simulando o comportamento físico da estrutura mais próximo do que ocorre na realidade, se comparados com modelos simplificados. Deve-se destacar que, com o advento dos programas de cálculo estrutural, houve muito ganho em produtividade e dinamismo na execução do projeto, oferecendo ainda a facilidade de se testar diversos arranjos estruturais distintos até encontrar o mais apropriado e econômico, trabalho que seria de grande dificuldade no cálculo manual de uma estrutura de edifício. 11 O fato dos programas de cálculo contribuir significativamente para a resolução dos mais variados tipos de problemas encontrados durante a elaboração de um projeto estrutural, não significa que o engenheiro possa se preocupar menos com as questões a serem consideradas na elaboração do projeto, desta forma é de fundamental importância que o profissional tenha um bom conhecimento prático e teórico, os quais estão muitas vezes associados com a experiência e boa formação acadêmica. A entrada de dados e interpretação das saídas de dados são etapas fundamentais na definição do projeto estrutural. 1.1. Justificativa Para os profissionais da engenharia que atuam na área de projeto de estruturas de concreto armado, é fundamental que eles saibam como as estruturas são idealizadas nos programas e as considerações que eles fazem. De modo geral, é importante que o engenheiro “calculista” saiba de onde surgem os resultados que os programas fornecem, sendo que para isso é importante que se tenha o conhecimento teórico necessário, para a solução de possíveis problemas que possam acontecer durante a etapa de elaboração do projeto estrutural. 1.2. Objetivos Gerais O objetivo do presente trabalho é estudar a forma de elaboração dos principais pacotes computacionais utilizados atualmente no Brasil para a elaboração do projeto estrutural. Propomos modelar uma superestrutura de um edifício nos programas TQS, CYPECAD e EBERICK, de modo a entender as necessidades que se exigem durante a elaboração de um projeto estrutural, avaliando as suas adequabilidades e dificuldades no lançamento da estrutura. Também buscaremos compreender como são realizadas as análises estruturais nestes programas, de modo que se saiba qual é o tratamento 12 matemático que é efetuado para o processamento dos esforços na estrutura, bem como as considerações e critérios dos três programas. 1.3. Objetivos Específicos Nos programas de cálculo estrutural que serão estudados neste trabalho (TQS, CYPECAD e Eberick) será lançada uma estrutura de 4 pavimentos, de maneira que se obtenha em cada programa alguns resultados que eles são capazes de nos fornecer, e posteriormente analisar as possíveis diferenças entre as saídas de dados, e assim então definir prós e contras de cada programa, bem como cuidados durante as entradas de dados e interpretação dos resultados. 1.4. Estrutura do Trabalho O estudo que se segue está divido em 6 capítulos, que compõem a estrutura do trabalho. No capítulo 2, serão demonstradas nossas pesquisas relacionadas aos assuntos de teorias das estruturas, que são utilizadas nos programas de cálculo estrutural, nessa parte do trabalho também serão abordados aspectos históricos da evolução da análise estrutural, e teorias atuais consolidadas, as quais possibilitam o cálculo de estruturas de edifícios. No capitulo 3 são descritas as características dos programas utilizados para a comparações entre resultados físicos obtidos em um edifício, cujas características podem ser visualizadas no anexo B. O capítulo 4 contempla a aplicação das questões abordadas no capitulo 2, porém aplicadas a estrutura do edifício proposta neste trabalho, que pode ser visualizada nos anexos. Por fim, no capitulo 6 estão explicitadas as conclusões tiradas deste estudo. 13 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1. Histórico do Concreto Armado e do Cálculo Estrutural No que se refere às teorias relacionadas ao tratamento matemático para obtenção dos esforços, temos que ela vem se desenvolvendo desde o século XVI, de modo que hoje os engenheiros de estruturas podem idealizar seus modelos de cálculo considerando inúmeras variáveis presentes em uma estrutura de concreto armado. Quanto à evolução do concreto armado, pode-se afirmar que sua história não começou no século passado, mas sim em conjunto com a evolução humana ao longo da história, obviamente para se chegar ao concreto armado tal qual como o conhecemos hoje, o homem precisou trilhar um longo caminho, que ainda não está concluído e isto também se aplica as fundamentações teóricas que estão por trás dos projetos de estruturas de concreto armado. Quanto à evolução das teorias aplicadas na engenharia de estruturas, temos que em 1586, Simon Stevinus, Holanda, publica os fundamentos da estática gráfica em seu livro Mathematicorum Hipomnemata de Statica. Em 1678 o inglês Robert Hooke, estabelece os fundamentos da elasticidade através de seus experimentos com molas. Em 1757, o matemático suíço Euler publica um trabalho estabelecendo uma fórmula para determinação da máxima carga que podia ser aplicada a uma coluna antes de ocorrência do fenômeno de flambagem. No ano de 1770, em Paris, a associação do material aço com pedra natural, aparece pela primeira vez na estrutura da Igreja de Santa Genoveva, (hoje Pantheon, em Paris, 1770). Segundo o arquiteto idealizador do projeto, Jacques Germain Soufflot, a intenção era de reunir nesta obra a leveza do gótico, um estilo consagrado na época, com a pureza da arquitetura grega. Existindo poucas colunas na fachada, era necessário executar grandes vigas capazes de efetuar a transferência das elevadas cargas da superestrutura para as fundações. Com o senso admirável de Rondelet foram executadas em pedra lavrada, verdadeiras vigas modernas de concreto armado, com barras longitudinais retas na zona de tração e barras transversais de cisalhamento. As barras longitudinais eram enfiadas em furos executados artesanalmente nas 14 pedras e os espaços vazios eram preenchidos com uma argamassa a base de cal. FIGURA 1 – ASSOÇIAÇÃO DE ELEMENTOS DE ROCHA COM BARRAS DE AÇO (TEMPLO FRANCES DO SÉCULO XVIII) FONTE: KAEFER (1998) Em 1775, Charles Augustin Coulomb, um físico e engenheiro militar francês, estabelece os fundamentos da teoria de vigas afirmando que “a linha neutra de uma seção retangular homogênea se situa na metade da sua altura, a resultante das forças de tração atuantes de um lado do eixo neutro é igual à resultante de compressão do outro lado e a resistência dos esforços internos da viga deve equilibrar o momento introduzido pelas cargas externas”. Em 1850, Clapeyron, um engenheiro francês começa a utilizar um novo método para resolver o problema de vigas contínuas, o "Teorema dos Três Momentos". Entre 1850 e 1855, o francês Joseph Louis Lambot, realiza a primeira publicação sobre “Cimento Armado” (denominação do concreto armado até mais ou menos 1920). Presume-se que em 1850 Lambot efetuou as primeiras experiências práticas do efeito da introdução de ferragens em uma massa de concreto. Em 1954, Lambot já executava construções de "cimento armado" com diversas finalidades. Imerso em estudos sobre o concreto armado e 15 motivado por problemas com a manutenção de canoas de madeira utilizadas para lazer em um pequeno lago existente em sua propriedade em Miraval, no sul da França, Lambot tem a ideia de construir um barco de concreto. Nadamais lógico, pois o concreto é durável, requer pouca manutenção e resistente bem em meios aquáticos. Lambot empregou para a construção de sua canoa uma malha fina de barras finas de ferro (ou arame), entrelaçadas, entremeadas com barras mais grossas, usando essa malha fina ao mesmo tempo como gabarito para se ter o formato adequado do barco , para segurar a argamassa, dispensando a confecção de moldes e para evitar problemas com fissuras. Já em 1855 Lambot expõe o seu barco de concreto armado na Exposição Mundial de Paris e solicita a patente de seu projeto. No documento representativo do seu pedido de patente existe além da placa que corresponde à armação do barco. O barco exposto media aproximadamente 4 m de comprimento por 1,30m de largura com paredes de aproximadamente 4 cm de espessura. Apesar de ser considerado por muitos como o pai do concreto armado, os experimentos de Lambot não tiveram muita repercussão. No mesmo período dos desenvolvimentos de Lambot 1854, William B. Wilkinson, um fabricante de gesso de paris e cimento romano, obtém a patente de um sistema de lajes nervuradas que demonstra o domínio dos princípios básicos de funcionamento do concreto armado ao dispor barras (ou cabos) de aço nas regiões tracionadas das vigas ou vigotas. 16 FIGURA 2 – DESENHO DO MODERNO SISTEMA DE WILIKINSON EXECUTADO ONZE ANOS APÓS A OBTENÇÃO DE SUA PATENTE FONTE: KAEFER (1998) Wilkinson percebeu que a rígidez da laje pode ser aumentada através da inserção de vazios (através de moldes) regularmente espaçados e separados por nervuras, onde cabos de aço eram colocados na sua porção inferior no meio do vão e subiam para a parte superior da viga nas proximidades dos apoios. A laje possuía um vão de aproximadamente 4 m em cada direção e uma malha de barras de aço era colocada na parte inferior da camada de concreto de 4 cm de espessura que cobria as nervuras. Em uma viga maior, observam-se as mesmas disposições utilizadas nas nervuras da laje. Devido à similaridade entre o método utilizado por Monier para construir seus vasos de concreto armado e por Lambot para a armação de sua canoa de concreto, levam a crer que o primeiro sofreu influência do segundo. Entretanto, existem divergências quanto a este fato. O mais certo é que Monier, um jardineiro, que fabricava vasos e tubos de concreto desde 1849 considerando seus vasos muito frágeis começa a mergulhar na massa de concreto uma malha de aço. Em 1867, Monier havia avançado tanto em seu método ao ponto de patenteá-lo e exibi-lo na Exposição de Paris daquele mesmo ano. A primeira extensão de sua patente parece ter sido para a construção de reservatórios de 17 água. Entre 1868 e 1873 executou primeiro um reservatório de 25 m³ e mais tarde outros dois com 180 m³ e 200 m³ (suportado por colunas), pode-se afirmar que Monier é considerado um dos grandes disseminadores da técnica de se construir com concreto armado. Em 1877, o inglês Thaddeus Hyatt, publica o “An Account of Some Experiments with Portland Cement Concrete Combined with Iron as a Building Material”. Na década de 1870, grande parte do conhecimento dos fundamentos estruturais do concreto armado parecia recair nos estudos de Hyatt, um fabricante de grades para calçada, que por causa de problemas políticos acaba sendo enviado para a França, onde toma contato com as primeiras experiências com o concreto armado. Entusiasmado, lança-se posteriormente a experimentar o concreto como nova maneira de construir painéis para calçadas em Londres. Seu artigo de 1877, ele reúne suas conclusões sobre seus ensaios. Os testes de Hyatt são considerados um sumário do "essencial" em que o uso do concreto armado é baseado hoje em dia. Entre as conclusões que Hyatt tirou de seus ensaios é importante mencionar as seguintes: 1) O aço (ou ferro) não resiste bem ao fogo. 2) O concreto deve ser considerado como um material de construção resistente ao fogo. 3) Envolvendo-se totalmente o aço com uma camada suficientemente espessa de concreto obtém-se um material resistente ao fogo. 4) A aderência entre aço e concreto é suficientemente forte para fazer com que a armadura posicionada na parte inferior da viga trabalhe em conjunto com o concreto comprimido da parte superior da viga 5) O funcionamento conjunto do concreto com o ferro chato ou redondo é perfeito e constitui uma solução mais econômica do que com o uso de perfis como armadura. 6) O coeficiente de dilatação térmica dos dois materiais é suficientemente igual, garantindo a resistência da combinação aço- concreto quando submetida ao fogo ou ao congelamento. 7) A relação entre os módulos de elasticidade deve ser adotada igual a 20. 18 8) Concreto com ferro do lado tracionado presta-se não somente para estruturas de edificações como também para a construção de abrigos. Podese considerar que HYATT foi efetivamente o grande precursor do concreto armado e possivelmente o primeiro a compreender profundamente a necessidade de uma boa aderência entre os dois materiais e do posicionamento correto (nas áreas tracionadas) das barras de ferro para que este material pudesse colaborar eficientemente na resistência do conjunto concreto-aço. Apesar de toda sua genialidade a falta de patrocinadores para seus testes e restrições impostas por outras patentes impediram que Hyatt se beneficiasse de suas descobertas. FIGURA 3 – VIGAS DO ENSAIO REALIZADO POR HYATT, COM INDICAÇÃO DAS ARMADURAS DAS TRINCAS FONTE: KAEFER (1998) Em 1897, dá-se início do ensino formal do dimensionamento de estruturas de concreto armado, por Charles Rabut. Sendo que até o final do século XIX os avanços da teoria e da prática da construção de estruturas de concreto armado permaneciam muito restritos, pois haviam poucas publicações que disponibilizassem informações técnicas de um modo que pudesse ser empregado prontamente por engenheiros. Isto começa a mudar com a rápida proliferação de revistas tratando de temas relacionados com cimento e concreto entre 1890 e 1900 e na virada do século, a publicação de livros sobre a engenharia de concreto torna-se mais frequente, ao mesmo tempo em que os países começam a regulamentar o uso do concreto armado. Muitos continham 19 apenas a repetição de rotinas de publicações anteriores, mas muitos se tornam livros clássicos, traduzidos para diversas línguas como os trabalhos de Paul Christophe, Emil Mörsch, Buel e Hill. Em 1906, é publicada a normalização para o uso do concreto na França, uma norma com características liberais, expressando o desejo de encorajar as experiências e o avanço da tecnologia dos engenheiros franceses. Tensões máximas admissíveis para aço, ferro e diferentes tipos de concreto são estabelecidas em valores conservadores para a época, o que acabou gerando várias críticas na época. Em 1917, são publicadas as normas norte americanas para a utilização do concreto armado, que foram desenvolvidas nos Estados Unidos por uma junta, que incluía representantes do American Society for Testing and Materials e organizações dos engenheiros civis, engenheiros ferroviários e fabricantes de cimento. Tendo achado que os resultados e interpretações dos testes realizados até o momento eram inconclusivos, a junta americana decidiu instituir um programa de pesquisa, distribuindo recursos a 11 Universidades. Em 1903 começam sete anos de testes de laboratório seguidos de cinco anos de testes em edifícios reais. Apesar de todo este trabalho quando as normas são publicadas em 1917 acabam sofrendo duras críticas. Enfim,por meio deste breve histórico acerca da evolução das aplicações do concreto armado, e de suas teorias, nota-se que o concreto evoluiu muito desde os tempos de Roma. Atualmente a engenharia usa o concreto armado em campos muito diversos, em muitos casos sob ambientes extremamente agressivos. Para se adaptar aos novos e desafiadores usos, o homem criou uma infinidade de tipos de concretos, utilizando uma enorme gama de cimentos, agregados, adições, aditivos e formas de aplicação (armado, protendido, projetado,etc). Encontramos concreto em fundações de plataformas petrolíferas instaladas nos oceanos ou enterrado a centenas de metros abaixo da terra em fundações, túneis e minas a 452 m acima do solo em arranha- céus. O grande desafio da tecnologia de concreto atualmente parece ser aumentar a durabilidade das estruturas, bem como recuperar estruturas danificadas e também em entender o complexo mecanismo químico e mecânicos. Para isto, uma nova geração de concretos está sendo 20 desenvolvida, métodos tradicionais de execução e cálculo de concreto estão sendo revistos, teorias não lineares e da mecânica do fraturamento estão também sendo desenvolvidas. 2.2. Lajes Em termos gerais, em um sistema estrutural reticulado, a laje é o elemento estrutural que apresenta comportamento de placa, com as ações incidindo perpendicularmente ao seu plano, e também com função de chapa, com ações atuando longitudinalmente ao seu plano, onde geralmente essas ações são provenientes do vento. Da teoria das estruturas, e mesmo de consideração geométricas, considera-se a laje como sendo um elemento de superfície, em que uma dimensão, normalmente a espessura, é relativamente pequena em face às demais, podendo receber as denominações de placa e chapa, conforme descrito anteriormente, e casca, cuja forma é não plana. As lajes de concreto armado podem ser concebidas de diferentes formas, podendo ser maciças, nervuradas, pré-moldadas, treliçadas, e do tipo lisa e cogumelo (apoiadas diretamente sobre pilares e pilares com capitéis, respectivamente). No que tange as lajes maciças, temos que o dimensionamento das armaduras longitudinais deve conduzir a um conjunto de esforços resistentes de cálculo que superem ou igualem a envoltória dos esforços solicitantes determinados por meio da análise estrutural. A análise simples dos esforços resistentes de cálculo podem levar em conta algumas hipóteses básicas, encontradas na NBR 6118/2003, referenciadas no anexo A. Os programas computacionais de desenvolvimento de projeto de estruturas de concreto armado podem modelar as lajes por meio de processos simplificados (Marcus, Czerny), grelhas lineares ou não lineares e elementos finitos, sendo que nestes dois últimos é possível realizar o cálculo considerando-se as aberturas de fissuras no concreto. Ainda segundo SUSSEKIND (1984), as estruturas de concreto devem ser concebidas de modo a poderem resistir às ações horizontais e verticais que possam estar atuantes ao longo de sua existência e que, além disto, independente do número de pavimentos e das dimensões em planta, seus sistemas de contraventamento devem ser estudados e adequadamente 21 calculados. SUSSEKIND propôs um modelo para análise de estruturas de edifícios, onde as lajes são consideradas com rígidez infinita no plano horizontal e a repartição das ações horizontais entre os sistemas de contraventamento é feita em função da rígidez de cada um deles. Porém, nenhuma comparação de resultados entre modelos distintos que representem um mesmo sistema estrutural foi ainda realizada. 2.3. Vigas De modo geral as vigas em uma estrutura reticulada de concreto armado são responsáveis por receber as ações das lajes e distribuí-las aos pilares. São elementos estruturais que podem ser considerados como barras, e que podem estar submetidas a esforços de flexão, compressão, tração, cisalhamento e torção, sendo que o dimensionamento das armaduras da viga deve levar em conta todos esses esforços. No item 18.3 da NBR 6118/03, estão contidas diversas considerações a serem levadas em conta para o cálculo das armaduras longitudinais (compressão e tração), transversais (esforços cortantes), armaduras para combater a torção, além de armaduras de pele (combate a fissuração), suspensão, dentre outras. 2.4. Pilares Por definição da NBR 6118, em seu tópico 14.4.1.2, os pilares são elementos lineares de eixo reto e usualmente dispostos na vertical, em que as forças normais de compressão são ponderáveis. De maneira geral, os pilares têm uma importância fundamental para a estrutura. Eles servem de apoio para as vigas, transmitem as cargas para as fundações e também participam do sistema estrutural de contraventamento. É preciso tomar bastante cuidado no seu projeto, no detalhamento das suas armaduras e também durante a sua execução, pois estes elementos podem romper-se por esmagamento do concreto de forma brusca e sem aviso prévio, pois qualquer falha na execução ou mesmo um simples erro de cálculo poderá provocar a queda de uma edificação. 22 A escolha do modelo de cálculo para o pilar vai depender do tipo de edificação e dos carregamentos, bem como das suas dimensões. Nas estruturas esbeltas e naquelas em que a ação do vento é considerável, o pilar pode ser considerado como um elemento de um pórtico tridimensional ou bidimensional. Nos edifícios usuais em que a ação do vento as vezes é desprezível, pode-se usar um modelo de elemento contínuo vertical apoiado nas vigas do pavimento ou de um elemento isolado. FIGURA 4 – MODELO DE PÓRTICO ESPACIAL, PÓRTICO PLANO E ELEMENTO CONTÍNUO PARA ESTUDO DE ESFORÇOS EM PILARES. FONTE: KIMURA (2007) Os pilares podem ser classificados de acordo com sua função estrutural, conforme a seguir: • pilares de contraventamento - são elementos rígidos que garantem que os nós da estrutura do edifício fiquem praticamente indeslocáveis. Podem ser considerados de contraventamento, os pilares rígidos (e as paredes estruturais) em torno dos elevadores e escadas. • pilares contraventados - são pilares pouco rígidos, mas com suas extremidades praticamente indeslocáveis devido ao efeito dos pilares de contraventamento. Estes pilares contraventados podem ser calculados isoladamente no trecho entre dois pisos. 23 A classificação também pode ser feita em função de seu posicionamento na planta arquitetônica do edifício, conforme a seguir • Pilares internos - localizados no interior do pavimento. • Pilares de extremidade - localizados nos contornos do pavimento. • Pilares de canto - localizados no canto do pavimento. Em termos mecânicos, os pilares de uma estrutura podem ainda ser classificados de acordo com o seu índice de esbeltez, podendo ser: • Pilares curtos (λ ≤ 40). • Pilares médios (40 < λ ≤ 80). • Pilares esbeltos (80 < λ ≤ 140). • Pilares muito esbeltos (140 < λ ≤ 200). As dimensões dos pilares devem respeitar os valores mínimos dados pela NBR 6118/03, referenciada no anexo A. Quanto às cargas que os pilares de cada pavimento recebem, temos que elas podem ser calculadas através das reações das vigas (métodos simplificados), e da grelha ou do pórtico, dependendo do modelo estrutural adotado. Deverá ser considerada nos cálculos dos pilares uma excentricidade que pode levar em conta a incerteza da localização da força normal e um possível desvio do eixo da peça durante a sua construção, em relação à posição prevista no projeto. 2.5. Propriedades dos Materiais As propriedades dos materiais utilizadosem estruturas de concreto armado são questões importantes que devem ser conhecidas, tais como módulo de elasticidade, resistência características, coeficientes de dilatação térmica, dentre outros. Nos tópicos seguintes serão descritas algumas das mais importantes propriedades dos materiais contemplados pela NBR 6118/03. 2.5.1. Propriedades do Concreto Material plástico, composto por uma mistura de cimento, areia, pedra e água, que quando misturado pode ser moldado, e que posteriormente passa 24 por um processo de cura, e adquire resistência para absorver os esforços solicitantes. 2.5.1.1. Massa Específica Segundo a NBR 6118/2003, item 8.2.2, há concretos de massa específica normal, que são aqueles que, depois de secos em estufa, tem massa específica (ρc) compreendida entre 2000 kg/m3 e 2800 kg/m3. Se a massa específica real não for conhecida, para efeito de cálculo, pode-se adotar para o concreto simples o valor 2400 kg/m3 e para concreto armado 2500 kg/m3. Quando se conhecer a massa específica do concreto utilizado, pode-se considerar para o valor da massa específica do concreto armado aquela do concreto simples acrescida de 100 kg/m3 a 150 kg/m3. 2.5.1.2. Coeficiente de dilatação térmica A NBR 6118/03, item 8.2.3 afirma que para o efeito de análise estrutural, o coeficiente de dilatação térmica pode ser admitido como sendo igual a 10-5/ oC. 2.5.1.3. Resistência à compressão Segundo a NBR 6118/2003, item 8.2.4, as prescrições desta norma referem-se a resistências à compressão obtida em ensaios de cilindros moldados segundo a ABNT NBR 5738, realizados de acordo com a ABNT 5739. Quando não for indicada a idade, as resistências referem-se à idade de 28 d. A estimativa da resistência à compressão média fcmj, corresponde a uma resistência fckj especificada, deve ser feita conforme indicado na ABNT NBR 12655. A evolução da resistência à compressão com a idade deve ser obtida através de ensaios especialmente executados para tal. Na ausência desses 25 resultados experimentais podem-se adotar, em caráter orientativo, os valores indicados em 12.3.3. 2.5.1.4. Resistência à tração Conforme a NBR 6118/2003, item 8.2.5, a resistência à tração indireta fct,sp e a resistência à tração na flexão fct,f devem ser obtidas em ensaios realizados segundo a ABNT NBR 7222 e a ABNT NBR 12142, respectivamente. A resistência à tração direta fct pode ser considerada igual a 0,9 fct,sp ou 0,7 fct,f ou, na falta de ensaios para obtenção de fct,sp e fct,f, pode ser avaliado o seu valor médio ou característico por meio das equações seguintes: fct,sp=0,3 fck2/3 fctk,inf=0,7 fct,m (1) fctk,sup=1,3 fct,m onde: fct,m e fck são expressos em megapascal. Sendo fckj ≥ MPa, estas expressões podem também ser usados para idades diferentes de 28 dias. 2.5.1.5. Módulo de elasticidade Segundo a NBR 6118/2003, item 8.2.8, o módulo de elasticidade deve ser obtido segundo ensaio descrito na ABNT 8522, sendo considerado nesta norma o módulo de deformação tangente inicial corresponde a 30% fc, ou outra tensão especificada em projeto. Quando não forem feitos ensaios e não existirem dados mais precisos sobre o concreto usado na idade de 28 dias, pode-se estimar o valor do módulo de elasticidade usando a expressão. Eci=5600 fck1/2 (2) 26 Onde: Eci e fck são dados em megapascal. O módulo de elasticidade numa idade j ≥ 7 d pode também ser avaliado através dessa expressão, substituindo-se fck por fckj. Quando for o caso, é esse módulo de elasticidade a ser especificado em projeto e controlado em obra. O módulo de elasticidade secante a ser utilizado nas análises elásticas de projeto, especialmente para determinação de esforços solicitantes e verificação de estados limites de serviço, deve ser calculado pela expressão: Eci= 0,85 Eci (3) Na avaliação do comportamento de um elemento estrutural ou seção transversal pode ser adotado um módulo de elasticidade único, à tração é à compressão, igual ao módulo de elasticidade secante (Ecs). Na avaliação do comportamento global da estrutura e para o cálculo das perdas de protensão, pode ser utilixado em projeto o módulo de deformação tangencial (Eci). 2.5.1.6. Efeito de Rusch Uma das características do concreto é a perda da sua resistência para cargas de longa duração. Isso significa que com as mesmas cargas aplicadas com a mesma duração de carregamento, é maior a resistência do concreto carregado progressivamente que o concreto carregado rapidamente e mantido sob carga constante. Segundo LINDQUIST (2010), a relação entre a resistência obtida em um ensaio lento e a resistência obtida num ensaio rápido, sendo ambos com a mesma idade, é consistentemente independente da qualidade do concreto e da idade do início de carregamento. Esta relação pode ser admitida com a 27 tendência de ficar entre os limites 0,75 e 0,80, sendo considerado igual ao primeiro limite. Portanto, para consideração do efeito Rusch, o concreto deve ser considerado com um fator de redução de 0,75. Este valor é modificado e incluído coeficiente α. 2.5.1.7. Coeficiente do Poisson e módulo de elasticidade transversal Para tensões de compressão menores que 0,5 fc, e tensões de tração menores que fct, o coeficiente de Poisson νpode ser tomado como igual a 0,2 e o módulo de elasticidade transversal Gc igual a 0,4 Ecs. (ABNT NBR 6118/2003, item 8.2.9). Segundo MARINO (2006), a equação clássica da Resistência dos Materiais para determinação do módulo de elasticidade transversal G não é seguida a risca pela norma brasileira 6118/2003. Para se obter Gc igual a 0,4 Ecs, seria necessária a imposição de um coeficiente de Poisson igual a 0,25, ou seja: (4) 2.5.1.8. Diagrama tensão- deformação • Compressão: Para tensões de compressão menores de 0,5 fc, pode-se admitir uma relação linear entre tensões e deformações, adotando-se para módulo de elasticidade o valor secante dado pela expressão constante em 8.2.8. (ABNT NBR 6118/2003, item 8.2.10.1) Para análise no estado limite último, podem ser empregados o diagrama tensão-deformação conforme a figura : 28 FIGURA 5 – DIAGRAMA TENSÃO-DEFORMAÇÃO FONTE: NBR 6118 (2003) • Tração Para o concreto não fissurado, pode ser adotado o diagrama tensão- deformação bilinear de tração, indicado na figura: (ABNT NBR 6118, item 8.2.10.2). FIGURA 6 – DIAGRAMA TENSÃO-DEFORMAÇÃO (TRAÇÃO) FONTE: NBR 6110 (2003) 29 2.5.2. Aço O aço é uma liga metálica formada essencialmente por ferro e carbono, que adicionado ao concreto, constitui o concreto armado. 2.5.2.1. Categorias de aço Segundo a NBR 6118/2003, item 8.3.1, nos projetos de estruturas de concreto armado deve ser utilizado aço classificado pela ABNT NBR 7480 com o valor característico da resistência de escoamento nas categorias CA-25, CA- 50 e CA-60. Os diâmetros e seções transversais nominais devem ser os estabelecidos na ABNT NBR 7480. 2.5.2.2. Massa específica Pode-se adotar para massa específica do aço de armadura passiva o valor de 7850 kg/m³. (ABNT NBR 6118, item 8.3.3) 2.5.2.3. Coeficiente de dilatação térmica O valor 10-5/°C pode ser consideradopara o coeficiente de dilatação térmica do aço, para intervalos de temperatura entre – 20°C e 150°C. (ABNT NBR 6118, item 8.3.4) 2.5.2.4. Módulo de elasticidade Na falta de ensaios ou valores fornecidos pelo fabricante, o módulo de elasticidade do aço pode ser admitido igual a 210 GPa. (ABNT NBR 6118, item 8.3.5) 2.5.2.5. Resistência à tração A resistência de cálculo das barras à tração é definida como a tensão no patamar de escoamento fyk, dividida pelo coeficiente de minoração ϫs portanto: 30 (5) 2.5.2.6. Diagrama tensão- deformação Segundo a NBR 6118/2003, item 8.3.6, o diagrama tensão-deformação do aço, os valores característicos da resistência ao escoamento fyk, da resistência à tração fstk e da deformação na ruptura εuk devem ser obtidos de ensaios de tração realizados segundo a ABNT NBR ISO 6892. O valor de fyk para os aços sem patamar de escoamento é o valor da tensão correspondente à deformação permanente de 0,2%. Para cálculo nos Estados Limite de Serviço pode-ser utilizar o diagrama simplificado mostrando na figura, para os aços com ou sem patamar de escoamento. FIGURA 7 – DIAGRAMA TENSÃO-DEFORMAÇÃO PARA AÇOS DE ARMADURA PASSIVA FONTE: NBR 6118 (2003) 31 2.6. Análises estruturais Segundo CARVALHO (1994), a definição de uma estrutura em concreto armado consiste inicialmente em uma atividade iterativa, ou seja, uma vez arbitradas às posições dos elementos estruturais (pilares, vigas e lajes) e suas dimensões, pode-se calcular os esforços e deslocamentos. Analisando estes dados podem-se introduzir elementos, cancelar, mudar dimensões, pré- dimensionar a armadura e retomar o processo de cálculo. Enfim, sem dúvida nenhuma, o modelo de cálculo empregado é de suma importância na definição da estrutura de pavimento e acaba sendo usado pelo projetista na sua própria formação de experiência no lançamento da estrutura. 2.6.1. Análise linear A análise linear é o primeiro tipo de análise que é apresentado ao engenheiro na graduação. Nesse tipo de análise considera-se que os materiais que constituem a estrutura assumem comportamento elástico-linear. A elasticidade é definida como a propriedade que o um elemento tem de se deformar ao receber ações externas e assim que cessadas as ações, o elemento voltar a sua configuração inicial. Ter um comportamento elástico- linear significa que o material tem propriedades elásticas e que sua deformação é proporcional à intensidade das ações externas. FIGURA 8 – COMPORTAMENTO LINEAR PARA OBTENÇÃO DE ESFORÇOS DA ESTRUTURA FONTE: KIMURA (2007) 32 Conforme mencionado no inicio deste trabalho, em 1676 o físico inglês Robert Hooke foi o primeiro a estabelecer a relação entre tensão e deformação, estabelecendo o que hoje conhecemos como “Lei de Hooke” onde: σ = E x ε (6) sendo: σ = tensão; ε = deformação; E = módulo de elasticidade. O módulo de elasticidade é avaliado por meio do diagrama tensão x deformação do concreto (σ x ε). Devido a não linearidade do diagrama σ x ε (não linearidade física), o valor do módulo de elasticidade pode ser calculado com infinitos valores. Porém, tem destaque o módulo de elasticidade tangente, dado pela tangente do ângulo (α’) formado por uma reta tangente à curva do diagrama σ x ε. Outro módulo também importante é o módulo de elasticidade secante, dado pela tangente do ângulo (α’’) formado pela reta secante que passa por um ponto A do diagrama. Conforme a figura 9. FIGURA 9 – DETERMINAÇÃO DO MÓDULO DE ELASTICIDADE DO CONCRETO NA COMPRESSÃO FONTE: FONTES (2005) 33 A Lei de Hooke é válida para deformações abaixo do limite elástico do material. O comportamento elástico dos materiais segue o regime elástico na lei de Hooke até um determinado valor de força, após este valor, a relação de proporcionalidade deixa de ser definida, sendo necessário recorrer a outro tipo de análise. Os resultados desta análise podem ser empregados na verificação dos Estados Limites de Serviço (ELS). 2.6.2. Análise linear com redistribuição O concreto de um edifício na vida real sob determinadas condições e em certas regiões da estrutura, pode fissurar e o aço atingir o seu patamar escoamento, quando isto ocorre à rígidez dos elementos se alteram, fazendo com que os esforços migrem das regiões menos rígidas para as mais rígidas, desta forma temos que o esforço migra de uma região para outra, ou seja, se redistribui, entretanto devemos saber que este esforço nunca desaparece, pois isto é reflexo das características do concreto armado, que é um material heterogêneo e com comportamento não linear, ao contrário do proposto por Hooke. A análise linear com redistribuição consiste em corrigir os valores de rígidez a flexão e a torção dos elementos presentes nos modelos. Uma vez realizada a análise linear de uma estrutura, é possível proceder a uma redistribuição dos esforços calculados, decorrente da variação de rígidez dos elementos estruturais. A fissuração, e a consequente entrada no Estádio II, de determinadas seções transversais, provoca um remanejamento dos esforços solicitantes, para regiões de maior rígidez. É o caso de vigas contínuas, por exemplo. Ao aumentar-se progressivamente o carregamento de uma viga contínua, fissuras aparecerão primeiramente nos apoios, onde os momentos fletores são maiores. A região do apoio entra no Estádio II quando o concreto tracionado deixa de contribuir na resistência, por ação das fissuras. Ainda sob o carregamento crescente, nota-se um aumento mais rápido dos momentos fletores nos vãos, que ainda estão no Estádio I (seção não fissurada), do que nos apoios. Esse processo continua até a entrada também da região do vão no Estádio II (FONTES, 2005). Conforme o item 14.5.3 da NBR 6118/2003, na análise linear com redistribuição, os efeitos das ações, determinados em uma análise linear, são 34 redistribuídos na estrutura, para combinações de carregamento do ELU – Estado Limite Último. Todos os esforços internos devem ser recalculados de modo a garantir o equilíbrio de cada um dos elementos estruturais e da estrutura como um todo. Os efeitos de redistribuição devem ser considerados em todos os aspectos do projeto estrutural, inclusive as condições de ancoragem e corte de armaduras e os esforços a ancorar. 2.6.3. Análise plástica Conforme o item 14.5.4 da NBR 6118/2003, a análise estrutural é denominada plástica quando as não linearidades puderem ser consideradas, admitindo-se materiais de comportamento rígido plástico ou elasto plástico perfeito. A análise plástica de estruturas reticuladas não pode ser adotada quando: a) Se considerem os efeitos de segunda ordem global; b) Não houver suficiente ductilidade para que as configurações adotadas sejam atingidas. Segundo a lei de Hooke o material plástico é aquele que aplicado uma carga o material perde sua capacidade de retornar a sua forma original, onde ultrapassou a tensão limite ou de escoamento, as deformações tendem a ser tornar permanentes. Em uma análise plástica, admite-se que o concreto armado trabalha na iminência de ruptura, ou seja, que ele apresenta um comportamento correspondente a uma fase posterior à da análise não linear de seu diagrama de tensão-deformação, caracterizada por escoamento de armaduras e pelo progresso de linhas de plastificação ao longo da sua estrutura. Admite-se, pois, neste tipo de análise, um comportamento rígido-plásticoperfeito ou elasto- plástico perfeito para concreto armado, permitindo uma determinação adequada do valor da carga máxima que ele pode ser submetido numa solicitação, carga esta conhecida como carga de ruína ou carga última. (DUARTE, 1998). 35 2.6.4. Análise não linear Conforme exposto no tópico 14.5.5 da NBR 6118/03, em uma análise não linear é considerado o comportamento não linear dos materiais. É importante que toda a geometria da estrutura, e suas armaduras, sejam conhecidas para que a análise não linear seja efetuada, visto que as respostas obtidas destas análises dependem de como a estrutura foi armada. A NBR 6118/03 traz a observação de que as condições de equilíbrio, de compatibilidade e de dutilidade devem ser satisfeitas, sendo que as análises não lineares podem ser utilizadas para determinação de Estado Limite Último e Estado Limite de Serviço. Conforme KIMURA (2007), os sistemas computacionais dispõem de inúmeros tipos de análises não lineares, tornando fundamental que o engenheiro estrutural tenha noções, ainda que superficiais, da influencia dos seus efeitos nos resultados obtidos no processo. De forma simplificada, pode se dizer que uma análise não linear é um cálculo no qual a resposta da estrutura, sejam em deslocamentos, esforços ou tensões, possui um comportamento não linear isto é, desproporcional à medida que um carregamento é aplicado. Essa definição é mais clara por meio das figuras 10a e 10b, onde é possível visualizar melhor o comportamento não linear de uma estrutura, o gráfico da ação x deformação (P x d) possui em seu trecho inicial uma reta, que indica que P e d são proporcionais (inicio do incremento da análise). Esta proporção indica que quando se opta pela análise linear, o módulo de elasticidade é constante e definido, figura 10a. Na Figura 10b apresenta-se a curva ação x deformação (P x d) onde se considera o comportamento não linear da estrutura. Percebe-se que ao aumentar a ação P, aumenta-se também a deformação d, mas sem existir uma proporção. Neste caso, não se tem um módulo de elasticidade definido. 36 FIGURA 10A – COMPORTAMENTO LINEAR DE UM PÓRTICO PLANO FONTE: KIMURA (2007) FIGURA 10B – COMPORTAMENTO NÃO LINEAR DE UM PÓRTICO PLANO FONTE: KIMURA (2007) Alguns fatores que tornam as análises não lineares muito importantes no projeto de estruturas de edifícios de concreto armado são: a consideração do comportamento essencialmente não linear do concreto armado, a consideração de não linearidades físicas e geométricas da estrutura. O tempo de processamento de uma análise não linear torna-se maior do que o de uma análise linear. Conforme KIMURA, nos tempos passados isso onerava demasiadamente a elaboração de um projeto, no entanto, hoje, devido ao grande avanço do desempenho dos computadores, este problema deixou de existir. 37 Existem dois fatores principais que são responsáveis pelo surgimento de comportamento não linear de uma estrutura à medida que o carregamento é aplicado: • Alteração das propriedades dos materiais que compõe a estrutura, designada “não linearidade física”. • Alteração da geometria da estrutura, designada “não linearidade geométrica”. Citando KIMURA (2007), a não linearidade física está relacionada ao comportamento do material empregado na estrutura. O comportamento do concreto fica bastante evidente por meio da observação do diagrama tensão x deformação realizados em ensaios laboratoriais com corpos de prova de concreto. É fácil perceber que a relação entre tensão e deformação não é linear, o que significa que, à medida que o carregamento é adicionado e as tensões aumentam, a resposta do concreto se modifica de forma desproporcional. Outra variável importante em uma análise não linear é a fissuração do concreto a esforços de tração, esse efeito é o que possui grande responsabilidade pelo comportamento não linear das estruturas. A não linearidade geométrica gera uma resposta não linear por parte da estrutura, sendo assim esse efeito é gerado devido às alterações (deformações) da geometria dos elementos estruturais à medida que um carregamento é aplicado ao edifício, à consideração do equilíbrio da estrutura levando-se em conta sua geometria deformada, é denominada como análise de segunda ordem, cujos efeitos são a base para a não linearidade geométrica. Conforme KIMURA, na pratica atual a consideração da não linearidade física de forma aproximada é utilizada na avaliação da estabilidade global de edifícios de concreto. 2.6.5. Análise através de modelos físicos Consiste em modelos físicos de concreto em escala reduzida ou real, de modo a verificar a comportamento da estrutura, este tipo de análise é apropriado quando os modelos de cálculos são insuficientes para modelar a estrutural real. O material do modelo (estrutura reduzida) não precisa ser necessariamente o mesmo do protótipo (estrutura real), mas que tenham o 38 mesmo comportamento e dimensões em escala. Conforme a norma NBR 6118/2003, para a análise da estrutura dos modelos devem ser obtidos resultados para todos os estados limites últimos e de serviços. 2.7. Modelos estruturais Os modelos estruturais são aqueles que visam simular as características condicionantes da estrutura, tais como condições de contorno, esforços, ligações entre os elementos estruturais e discretização dos elementos estruturais. 2.7.1. Modelo de vigas contínuas Conforme CARVALHO (1994), em seus estudos acerca de teorias das estruturas, a determinação dos esforços, deslocamentos e armadura de um pavimento de edifício, que possua vigas, pode ser realizada classicamente através da análise individual dos elementos que se supõe constituí-lo. Desta forma, quando o sistema é constituído de lajes e vigas, analisam-se isoladamente as placas (lajes) apoiadas nos seus contornos em vigas. Estas por sua vez são consideradas indeslocáveis na direção vertical, devido ao fato de possuírem rígidez bem superior às das placas. Supõe-se que as vigas estejam apoiadas em pilares considerados indeformáveis na direção vertical. Assim, as principais hipóteses simplificadoras empregadas neste procedimento são: 1. As placas são constituídas de material elástico, isótropos, lineares e tem pequenos deslocamentos; 2. A rotação nos contornos da placa ou é livre (apoio simples), ou é totalmente impedida (engaste); 3. A ação das placas nas vigas de contorno se faz somente através de forças verticais, não havendo transmissão de momentos de torção nas vigas; 4. Considera-se também, usualmente, que as ações da placa nas vigas são uniformemente distribuídas e que não há transmissão de 39 reação direta para o pilar, ou seja, as cargas para chegarem aos pilares devem passar pelas vigas; 5. Para o cálculo das placas, consideram-se as vigas no seu contorno, indeslocáveis na direção vertical; 6. Considera-se que os pilares são elementos mais rígidos à deformação vertical do que as vigas, funcionando assim como apoios indeslocáveis na direção vertical; 7. Considera-se que os pilares são elementos mais rígidos à deformação vertical do que as vigas, funcionando dessa forma como apoios indeslocáveis na direção vertical; Na primeira hipótese, ao se considerar o material linear, e que a estrutura só tem deslocamentos pequenos, estão sendo consideradas a linearidades físicas e geométricas da estrutura. Citando CARVALHO, o uso de técnicas conservadoras baseadas na subdivisão dos sistemas estruturais, com bastantes simplificações, pode conduzir, para algunstipos de estruturas e solicitações, a valores superestimados de esforços, o que evita uma maior economia de material. A situação mais grave é quando, pelo uso das mesmas técnicas, chega-se a resultados inferiores aos que ocorrem quando a estrutura está em serviço. Nestes casos, embora possa não haver risco de colapso, pode ocorrer uma redução no coeficiente de segurança. 2.7.2. Pórticos planos São estruturas idealizadas por barras não alinhadas e coplanares, é a associação entre vigas e pilares, com carregamentos atuantes no mesmo plano. Os pórticos enrijecidos, são utilizados nos edifícios para melhorar sua estabilidade, pois apresentam barras diagonais que prendem um nó do pórtico ao outro, tornando-se assim indeslocáveis. Para modelar a estrutura através de pórticos planos, os pilares e vigas devem estar alinhados para formar os vários pórticos componentes da estrutura, entretanto esta associação de pórticos fica restrita a edifícios simétricos, quanto à geometria e carregamento. 40 FIGURA 11 – MODELO DE PÓRTICO PLANO FONTE: KIMURA (2007) FIGURA 12 - ASSOCIAÇÃO DE PÓRTICOS PLANOS EM DUAS DIREÇÕES FONTE: GUERRA (2009) FIGURA 13 – PÓRTICO PLANO ENRIJECIDO FONTE: CARVALHO (1994) 41 No pórtico plano, cada nó de uma barra possui três graus de liberdade: duas translações (direção x e y) e uma torção (em torno do eixo z). Como podemos ver na Figura 14. Com os graus de liberdade podemos obter os esforços solicitantes (força normal, força cortante e momento fletor). No pórtico plano como as cargas atuam no mesmo plano não podemos calcular os momentos torsores. Os nós, pontos de interseção dos elementos, pode, possuir ligações rígidas, semirrígidas ou flexíveis. FIGURA 14 – GRAUS DE LIBERDADE DE UM NÓ DE PÓRTICO PLANO FONTE: KIMURA (2007) No cálculo do pórtico plano as lajes não são consideradas, para isto elas devem ser calculadas por outro método (Teoria da Elasticidade, analogia de grelha, elementos finitos, Czerny, Marcus, etc.). As lajes são usualmente consideradas como diafragmas rígidos, que são elementos capazes de compatibilizar a resposta horizontal em todos os pontos pertencentes a um piso de forma equivalente. Para que as lajes sejam consideradas no pórtico plano, podemos calcular as reações de apoio de lajes, conforme o item 14.7.6.1 da NBR 6118/2003, onde se permite calcular as reações de apoio de lajes retangulares sob carregamento uniformemente distribuído considerando-se, para cada apoio, a partir dos vértices, na planta da laje, retas inclinadas de: ⎯ 45° entre dois apoios do mesmo tipo; ⎯60° a partir do apoio considerado engastado, se o outro for considerado simplesmente apoiado; ⎯ 90° a partir do apoio, quando a borda vizinha for livre. 42 Como podemos ver na figura 15, as cargas da laje são distribuída nas vigas por áreas de influência (ou telhados), conforme o item 14.7.6.1 da NBR 6118/2003. FIGURA 15 – DISTRIBUIÇÃO DE CARGAS PARA O PÓRTICO PLANO FONTE: TQS INFORMÁTICA (2010) 2.7.3. Pórticos espaciais Os Pórticos Espaciais são idealizações de estruturas de barras distribuídas no espaço, geralmente formando quadros fechados, que podem receber carregamentos em qualquer direção, o que possibilita a avaliação global da estrutura, formada por vigas, pilares e lajes. FIGURA 16 – MODELO DE PÓRTICO ESPACIAL FONTE: KIMURA (2007) 43 No pórtico espacial, cada nó de uma barra possui seis graus de liberdade: três translações (nas direções x, y e z) e três rotações (em torno dos eixos x, y e z). Como podemos ver na Figura 17, com os graus de liberdade podemos obter os esforços solicitantes (força normal, força cortante, momentos fletor e momento torsor). Diferente do pórtico plano onde as cargas atuam no mesmo plano, no pórtico espacial como as cargas atuam em qualquer direção, sendo que podemos calcular até os momentos torsores. FIGURA 17 - GRAUS DE LIBERDADE DE UM NÓ DE PÓRTICO ESPACIAL FONTE: KIMURA (2007) Como no pórtico plano, as lajes usualmente não estão presentes no modelo de pórtico espacial, pois são tratadas como elemento de grande rígidez no plano horizontal, visto que as lajes são elementos capazes de compatibilizar a resposta da estrutura em todos os pontos pertencentes a um piso de forma equivalente. Por outro lado vem sendo muito utilizado o modelo de pórtico plano para a análise de pavimentos inteiros (vigas + lajes), pois se torna possível avaliar a distribuição dos esforços horizontais oriundos das ações como retração e protensão. 2.7.4. Modelo de grelhas Conforme a NBR 6118/03, tópico 14.6.7.2, os pavimentos dos edifícios podem ser modelados como grelhas, para estudo das cargas verticais, considerando-se a rigidez à flexão dos pilares de maneira análoga à que foi prescrita para as vigas contínuas. De maneira aproximada, nas grelhas (e 44 também nos pórticos espaciais), pode-se reduzir a rígidez à torção das vigas por fissuração utilizando-se 15% da rígidez elástica. Segundo CARVALHO (1994), o modelo de grelha é um procedimento simples que pode ser usado para o cálculo de esforços e deslocamentos de pavimentos de edifícios, desde que não sejam consideradas as desproporcionalidades presentes na estrutura (não linearidades). Citando CARVALHO (1994), o procedimento consiste em substituir a placa (laje) por uma malha equivalente de vigas (grelha equivalente). O conceito pode ser estendido para o caso de placas que se apoiam diretamente em pilares. No caso de estruturas reticuladas há também a possibilidade do uso de grelhas, conforme ilustrado na figura a seguir. FIGURA 18 – (A) PLANTA DE UM PAVIMENTO HIPOTÉTICO COM VIGAS E LAJES. (B) DISCRETIZAÇÃO DO PAVIMENTO POR MEIO DE GRELHA ONDE OS PILARES FUNCIONAM COMO APOIO SIMPLES FONTE: CARVALHO (1994) A composição da grelha se dá por meio de estruturas planas reticuladas que recebem ações perpendiculares ao seu plano. Em cada cruzamento entre os elementos reticulados (barras) é definido um nó que possui três graus de liberdade: translação vertical e duas rotações no plano. 45 FIGURA 19 – GRAUS DE LIBERDADE EXISTENTES NO NÓ FONTE: KIMURA (2007) Existe a possibilidade do cálculo das grelhas sem a consideração das lajes, denominada de grelha somente de vigas, onde a análise é feita por processos aproximados. Conforme KIMURA (2007), cada barra do modelo possui uma seção (áreas, inércias) e um material (módulos de elasticidade longitudinal e transversal), que são definidos de acordo com a geometria (seção transversal) e o material (concreto) da viga, respectivamente. Por meio desse modelo não é possível analisar os efeitos causados por ações horizontais no edifício (ex: vento, empuxo). Na prática atual, o modelo de grelha somente vigas ainda é utilizado na análise das vigas de um pavimento, mas teve seu uso praticamente substituído pela análise de grelha de vigas e lajes. Citando KIMURA (2007), a análise por meio de grelhas com vigas e lajes trata-se de um modelo direcionado para a análise de pavimentos. É composto por elementos lineares dispostos no plano horizontal do piso que simulam as vigas e as lajes, formando uma malha de barras submetida também a cargas verticais. Neste modelo cada painel de laje é subdividido em diversos alinhamentos de barras, usualmente posicionadas na direção principal e secundária da mesma. Essa discretização faz com que cada barra represente um trecho do pavimento. Usualmente adotam-se barras de laje com comprimento máximo igual a 50 cm. Em regiões comgrande concentração de esforços, e que necessitam de uma análise mais detalhada, pode-se refinar a subdivisão gerando uma malha mais densa nesses locais. 46 FIGURA 20 – DISCRETIZAÇÃO DO PÓRTICO POR MEIO DE GRELHAS FONTE: KIMURA (2007) Citando KIMURA (2007), a interação entre todas as lajes e vigas do pavimento pode ser considerada de forma bastante precisa, a transferência de cargas das lajes para as vigas é feita em função da rígidez de cada barra. Na pratica atual, o modelo de grelha de vigas e lajes é muito utilizado na análise de pavimentos de concreto armado. Ele abrange praticamente todos os tipos de lajes usados nas edificações. 2.8. Esforços e combinações Os carregamentos inseridos em uma análise estrutural podem ser realizados conforme os parâmetros estabelecidos na NBR 6120/80 – Cargas para o cálculo de estruturas de edificações. Para a consideração dos carregamentos em uma estrutura de edifícios, temos que eles são definidos em permanentes e acidentais. Conforme a NBR 6120/80, o carregamento permanente é constituído pelo peso próprio da estrutura e pelo peso de todos os elementos construtivos fixos e instalações permanentes. O carregamento acidental é aquele que pode atuar sobre a estrutura de edificações em função do seu uso (pessoas, móveis, materiais diversos, veículos etc.). Os valores de carregamentos estão referenciados no item A.4, que são basicamente uma cópia da NBR 6120. Segundo MARINO (2006), para materiais de acabamento ou coberturas, podem ser adotados os seguintes valores: 47 Materiais Peso KN/m² Cerâmica Tacos Cobertura de telhas francesas (com vigamento) Cobertura de telhas coloniais (com vigamento) Cobertura de fibrocimento (com vigamento) Cobertura de alumínio (com vigamento) 0,70 0,65 0,90 1,20 0,30 0,16 QUADRO 1 – VALORES ADICIONAIS DE CARREGAMENTOS PERMANENTES FONTE: MARINO (2006) Em edifícios residenciais as cargas acidentais mínimas a serem adotadas variam entre 1,5 KN/m² e 2 KN/m². Entretanto estes valores mínimos não devem ser atribuídos a esmo, devendo o engenheiro de estruturas defini- los com cuidado, tanto os carregamentos acidentais quanto os permanentes. Para a definição do peso das paredes, é necessário que seja conhecido o tipo de tijolo (maciço ou furado) e da espessura do reboco. Este peso é normalmente apresentado por metro quadrado de parede (parede de 1 m de largura por 1m de altura). Para materiais componentes de parede podem ser utilizados os seguintes valores: FIGURA 21 – CONSIDERAÇÃO DE CARGAS DE PAREDE FONTE: MARINO (2006) 48 Material Peso (KN/m³) Tijolo furado Tijolo maciço Reboco 12 16 20 QUADRO 2 – PESOS ESPECÍFICOS DE TIJOLOS FONTE: MARINO (2006) O quadro seguinte apresenta alguns valores de peso de parede, sendo que para composição desta tabela foi considerado a espessura do reboco igual a 2,5 cm por face Parede sem reboco Tijolo (cm) Tijolo furado (KN/m²) Tijolo maciço (KN/m²) 10 1,20 1,60 12 1,44 1,92 15 1,80 2,40 20 2,40 3,20 Parede com reboco 15 2,20 2,60 17 2,44 2,92 20 2,80 3,40 25 3,40 4,20 QUADRO 3 – CARGAS DE PAREDE EM FUNÇÃO DA ESPESSURA FONTE: MARINO (2006) De maneira genérica, o peso de uma parede rebocada nas duas faces, pode ser definido pela seguinte expressão. rebocotijtijolotijoloparede eeP γγ 2+= (7) 49 Os carregamentos atuantes numa estrutura são compostos por várias ações que podem atuar simultaneamente, sendo necessário que sejam combinadas para situações mais desfavoráveis da atuação no edifício. Conforme KIMURA (2007), um edifício dificilmente estará sujeito a aplicação de apenas uma ação isolada, mas sim submetido a várias ações ao mesmo tempo, sendo então que um projeto de estruturas deve ser projetado contemplando várias combinações de ações ponderadas. Apesar dos softwares estarem preparados para analisar e visualizar os resultados de ações de forma isolada, o que vale de fato são as combinações, pois todos os elementos que compõe a estrutura devem ser dimensionados e verificados para ações atuando de forma conjunta. A norma NBR 8681/03 – Ações e segurança nas estruturas – e a NBR 6118/03, apresentam quatro tipos de combinações para análise em ELU sendo elas: normal, especial, excepcional e de construção. Em termos gerais as combinações normais são aquelas utilizadas usualmente nos projetos de estruturas, nas suas mais variadas formas e para consideração de ELU e ELS, sendo que a composição dos esforços de calculo para este tipo de combinação se dá pela seguinte expressão: qkq n j qjkjKqqgkggkg FFFFFFd εεεεε ψγψγγγ 0 2 01 )( ++++= ∑ = (8) Onde cada parcela de carga é dividida em direta (PP, empuxo, cargas de uso, vento) e indireta (retração, imperfeições, temperatura) e nas parcelas de carga variável há a divisão entre principal e secundária. Os carregamentos especiais decorrem de ações variáveis de natureza ou intensidade especial. Sua consideração é importante para a consideração de ELU. Os carregamentos excepcionais derivam de ações que podem causar efeitos catastróficos na estrutura, sendo que é importante sua consideração no ELU. Por fim os carregamentos de construção são aqueles atuantes durante a fase de construção da estrutura, sendo necessária a composição de combinações nas suas mais variadas formas de ocorrência. 50 Para análise no ELS as combinações contempladas na norma NBR 6118/03 são definidas como: quase permanente, frequente e rara, sendo as duas primeiras mais usuais em edifícios de concreto armado, nas combinações quase permanente são verificadas as deformações excessivas (ELS-DEF) e a segunda é empregada na verificação dos estados limites de formação de fissuras (ELS-F), abertura de fissuras (ELS-W) e vibrações excessivas (ELS- VIB). As expressões que caracterizam as combinações quase permanentes e frequentes estão apresentadas a seguir. ∑∑ == += n j qjkj n j gjk FFserFd 1 2 1 , ψ (9) ∑∑ == += n j qjkjkq n j gjk FFFserFd 2 211 1 , ψψ (10) As ações que compõe os carregamentos lançados na estrutura são majoradas por coeficientes de ponderações (γf), que levam em conta as incertezas existentes na análise estrutural, e nos comportamentos dos materiais, de forma que γf seja equivalente a γf1x γf2 x γf3,. Esses coeficientes são adicionados nos valores característicos das ações (Fk), de forma de a estrutura seja dimensionada pelas solicitações de calculo (Sd). No anexo A, tópico A.5, estão apresentados os valores de coeficientes de ponderação retirados da norma. Outra questão importante é a consideração da resistência dos materiais com sua capacidade reduzida. A NBR 6118/03 apresenta valores para os coeficientes de minoração dos materiais, conforme a expressão a seguir: γm= γm1 γm2 γm3 (11) No entanto para considerações de ELS não há necessidade de redução da capacidade resistente dos materiais, de modo que γm seja igual a 1,0. 51 3. FERRRAMENTAS COMPUTACIONAIS O TQS, Eberick e CYPECAD foram escolhidos para fazer as análises de resultados em uma estrutura de edifício, porque são os programas mais utilizados no Brasil, eles são os recursos computacionaisque estão presentes nos grandes escritórios de engenharia existente no Brasil. 3.1. CYPECAD Segundo a empresa MULTIPLUS SOFTWARES TÉCNICOS, o programa CYPECAD é de simples utilização, e alta produtividade. Uma característica muito apreciada pelos usuários são seus recursos gráficos. É possível trabalhar em seu ambiente CAD próprio, sem a necessidade de outros softwares CAD, porém permite uma completa integração com outros softwares CAD (geradores de arquivos DWG ou DXF), para importar projetos arquitetônicos ou exportar pranchas com formas e armaduras para softwares com edição de desenhos. O CYPECAD possui um recurso exclusivo para lançamento automático da estrutura a partir da planta da arquitetura feita em um ambiente CAD de outro programa qualquer. Através de camadas (layers), são reconhecidas a locação dos pilares, as vigas de contorno e respectivas lajes e as aberturas existentes no projeto. Com o CYPECAD é também possível a consideração de uma ampla gama de elementos estruturais a serem utilizados nas estruturas de edifícios, verificando a estrutura em diversas situações, fornecendo ao engenheiro uma solução completa sem a necessidade de calcular manualmente situações como: Reservatórios, Estruturas Mistas, Alvenaria Estrutural, Consolos, e outros. 3.1.1. Características técnicas de análise No CYPECAD o cálculo da estrutura é realizado através de um pórtico espacial, por métodos matriciais de rígidez, considerando todos os elementos que definem a estrutura: pilares, paredes, muros, vigas e lajes. Em cada nó da estrutura é considerado 6 graus de liberdade, onde se cria a hipótese de indeformabilidade do plano de cada piso, para simular o comportamento rígido 52 da laje, com isto cada piso poderá rotacionar e deslocar-se no seu conjunto (3 graus de liberdade). Para o cálculo da estrutura a primeira fase do programa será a geração das estruturas geométricas de todos os elementos, formando a matriz de rígidez da estrutura. Se o programa detectar dados incorretos emitirá mensagens de erro e deterá o processo. A segunda fase é a solução do sistema. Para a terceira fase é obtido os deslocamentos de todas as hipóteses definidas, para deslocamentos excessivos é emitido uma mensagem de erro, quer seja por um incorreto desenho estrutural, quer pela rígidez a torção definidas em algum elemento. A quarta etapa consiste na obtenção das envoltórias de todas as combinações de cálculo, para cada elemento da estrutura: lajes, vigas, pilares, etc. A quinta e ultima fase consiste no dimensionamento da armadura através da obtenção das envoltórias. O programa realiza verificações da resistência ao fogo e dimensiona revestimento de proteção dos elementos estruturais de concreto e aço, esta verificação é realizada através da norma Eurocode. Para o calculo dos pilares o usuário pode indicar os coeficientes de flambagem, considerando a geométrica da seção ou o comprimento equivalente, outro item importante a ser considerado para os pilares é seu engastamento com as vigas, este coeficiente varia de 0 a 1, onde 0 é articulado e 1 totalmente engastado, é possível alterar os coeficientes de rígidez a torção e rígidez axial. O carregamento da estrutura para os pilares através dos esforços das vigas e lajes é realizado de forma automática, mas é permitido acrescentar esforços na estrutura, cargas horizontais simulando empuxos, ou cargas verticais provenientes, por exemplo, de uma cobertura metálica ou de madeira. Um item importante é que o programa possui uma opção de desconsiderar estribos no encontro de lajes e vigas, onde pela norma é obrigatório o uso de estribos na ligação dos pilares com as vigas e lajes. As vigas para o CypeCAD são simulados três tipo de apoios, engastado: onde os deslocamentos e rotações são impedidos em todas as direções, articulação fixa: deslocamentos impedidos com rotações livres, articulação: com deslocamento livre horizontal. Aceita-se uma redistribuição de momentos negativos em vigas de até 30%, mas é recomendado pelo programa de 15%, mas devemos tomar cuidado pois pode implicar numa maior taxa de armadura, 53 com uma distribuição excessiva produz flechas e fissurações incompatíveis com as paredes. É possível introduzir um coeficiente de engastamento entre a viga e a laje, liberando ou não a torção nas vigas de bordo. Um item importantíssimo é a edição de vigas, editando sua armadura de acordo com a preferência do engenheiro e recalcular para ver se esta passou, sem a necessidade de recalcular todo o edifício. Como considerado nas vigas pode atribuir um coeficiente de engastamento entre viga e laje, este coeficiente é importante por quando é considerado totalmente engastando em lajes de bordo surge nas lajes momentos negativos que devem ser considerados no detalhamento da armadura. As armadura para as lajes maciças são calculadas em malhas. Pode ser considerada uma armadura base, indicada previamente, sendo que esta armadura de base será descontada para a armadura calculada, ou adicionada quando não for suficiente esta armadura base, é possível a visualização dos esforços de cada ponto da malha de elementos finitos, pode-se também analisar a estrutura de maneira global através das curvas de isovalores. 3.2. EBERICK O surgimento do software Eberick, cujo crescimento de uso é crescente na região sul do Brasil, começa em meados dos anos 90, quando a empresa ALTOQI Tecnologia em informática ltda, lança a linha PRO, através dos produtos PROVIGA, PROLAJE, PROPILAR e PROINFRA desenvolvida para ambiente MS-DOS. Posteriormente em 1996, é lançado para ambiente Windows, o Eberick propriamente dito. Este programa é utilizado para elaboração de projeto estrutural de edificações de concreto armado, que oferece a possibilidade de dimensionamento de vigas, lajes, pilares, blocos, sapatas e estacas, levando em conta as considerações da norma brasileira de projeto de estruturas de concreto armado NBR 6118/03. 54 3.2.1. Características técnicas da análise Os processos de cálculo no qual o programa se baseia é a de discretizar a estrutura através de um pórtico espacial composto por vigas e pilares. Neste processo, os elementos são representados por barras ligadas umas às outras através de nós. Cada pilar e cada trecho de viga são simulados por barras do pórtico, por meio dos quais são obtidos os esforços solicitantes para o dimensionamento. Quanto aos painéis lajes, temos que eles são calculados forma independente do pórtico. O cálculo da estrutura é processado da seguinte forma: Os painéis de lajes são montados e calculados, por meio de grelhas; As reações das lajes são transmitidas às vigas onde estas se apoiam; O pórtico espacial da estrutura é montado, recebendo os carregamentos derivado das lajes; O pórtico é processado e os esforços solicitantes são utilizados para o detalhamento dos elementos estruturais. A análise estrutural é feita pelo método matricial da rígidez direta, cujo objetivo é determinar os efeitos das ações na estrutura para que possam ser feitas as verificações dos estados limites últimos e de utilização. Os resultados da análise, basicamente, são os deslocamentos nodais, os esforços internos e as reações nos vínculos de apoio. As condições de equilíbrio da estrutura (para o modelo com geometria indeformada) devem ser garantidas pelo usuário, uma vez que o sistema não gera solução para estruturas hipostáticas. O Eberick executa para o modelo estrutural uma análise estática linear de primeira ordem, o que significa: O programa não leva emconta ações variáveis com o tempo, decorrente de vibrações, sismos. O programa analisa apenas uma hipótese de carga, ficando, portanto restrito aos casos em que a alternância de cargas variáveis pode ser considerada desprezível. O Eberick considera que os materiais tenham comportamento físico elástico linear para todos os pontos da estrutura, isto é, supõe que em nenhum ponto sejam ultrapassados os limites de proporcionalidade do material para tensões em serviço. 55 O sistema não leva em conta a variação da estrutura devida às ações na determinação dos resultados dos deslocamentos e dos esforços. Os deslocamentos obtidos, em um primeiro cálculo, a partir das ações modificam a geometria inicial da estrutura. O efeito das ações, que permanecem atuando nesta estrutura deformada, iria alterar novamente todos os esforços internos, inclusive os deslocamentos. Este efeito é conhecido como efeito de 2ª ordem, em que se acontecerem variações superiores a 10% nos valores dos esforços internos este efeito passa a ser importante e não deve ser desprezado. Nestes casos, a interação entre as cargas normais e os momentos fletores pode ser importante. Para o modelo de estrutura deformada, o equilíbrio deverá ser verificado por um processo de estabilidade global que avalie os efeitos de segunda ordem, que podem surgir na estrutura devido a deslocamentos horizontais que alterem de maneira significativa os esforços internos. O processo de verificação utilizado pelo Eberick é simplificado, baseado na norma NBR 6118/2003. Caso o coeficiente Gama-Z seja superior ao valor limite, à estrutura pode ser considerada como de nós deslocáveis. Quanto às modificações de critérios em pilares que podem ser feitas para os pilares, temos que o programa oferece os recursos de redução da rígidez a torção para estes elementos. Baseado nesta colocação e em diversas recomendações bibliográficas é permitido no programa à redução do valor de rígidez à torção a ser utilizado no cálculo do pórtico. A empresa AltoQI afirma que este recurso é altamente recomendável, visto que a seção de concreto armado, uma vez fissurada, perde a maior parte de sua rígidez à torção, entretanto cada caso deve ser analisado criteriosamente. Segundo os manuais do programa, o cálculo dos esforços via pórtico espacial considera, além de outros efeitos, a deslocabilidade axial dos pilares. Desta forma, um edifício alto contendo pilares de seção diferentes (como uma caixa de elevador, por exemplo) teria uma grande diferença nos esforços de um pavimento tipo para o outro decorrente de um efeito semelhante a um recalque diferencial para as vigas dos pavimentos superiores. Este efeito é importante e deve ser considerado, mas, na prática, este efeito é amenizado pelo próprio processo construtivo, no qual os pavimentos inferiores já sofreram parte dos deslocamentos quando o superior for concretado. No programa é 56 possível definir um multiplicador para a rígidez axial dos pilares (reduzindo a sua deslocabilidade) a fim de reproduzir o efeito construtivo. Quanto à discretização das lajes pela analogia de grelha, os manuais do programa Eberick descrevem que para lajes do tipo maciças o espaçamento das faixas é considerado como sendo 50 cm, já para lajes não maciças, as barras da grelha são discretizadas de modo que coincidam com a posição das nervuras definida no croqui. O dimensionamento é realizado pelos esforços máximos, sem a definição de regiões de armadura e sem a consideração de momentos volventes. 3.3. TQS Na década de 80 a empresa TQS informática LTDA lançou no Brasil a primeira versão de seu programa para auxilio na elaboração de projeto estrutural, denominado CAD/ Vigas, cuja função era dimensionamento e detalhamento de vigas. Posteriormente a TQS lança a versão do CAD/lajes, para auxiliar no detalhamento de armaduras de lajes. Na década de 90 é lançado pela TQS o CAD/Pilar, para cálculo, dimensionamento e detalhamento de seções genéricas de pilares. No programa é possível desenvolver o projeto utilizando as considerações existentes na norma NBR 6118/03 ou na antiga NB-1/78. Quanto às análises de esforços, é possível realizar através de pórtico espacial, grelha e elementos finitos de placas (para as lajes) assim como no outros softwares de projetos de estruturas, o programa oferece a possibilidade do cálculo de estabilidade global, dimensionamento, detalhamento e desenho de vigas, pilares, lajes (convencionais, nervuradas, sem vigas, treliçadas), escadas, rampas, blocos e sapatas. Os produtores deste software enfatizam muito nas responsabilidades que o engenheiro de estruturas deve possuir, afirmando que no desenvolvimento de um projeto estrutural é necessário muito trabalho intelectual, bem como desenvolvimento de conhecimentos teóricos e práticos, de forma que o software para projeto de estruturas é apenas uma ferramenta auxiliar e não substitui o papel do engenheiro. 57 As etapas presentes para a elaboração do projeto estrutural no sistema CAD/TQS são: Concepção estrutural; Análise estrutural; Dimensionamento e detalhamento; Emissão das plantas finais; A seguir é apresentado um fluxograma geral das etapas envolvidas no desenvolvimento do projeto de estruturas. 3.3.1. Características de técnicas de análise A análise estrutural realizada pelo programa pode ser baseada em um modelo integrado (grelhas + pórticos espaciais) que considera as ligações viga- pilar flexibilizadas, ou seja, com engastamentos não considerados em sua totalidade. O programa pode também considerar a não linearidade física (fissuração do concreto) e não linearidade geométrica (γz ou P-Delta), modelos especiais podem ser gerados para vigas de transição, bem como plastificações automáticas nos apoios. Existe a possibilidade de serem escolhidos quatro tipos de modelos de análises diferentes no programa, modelo I, II, III e IV. De forma geral os fabricantes do TQS recomendam o uso do modelo IV, que leva em consideração a aplicação das ações verticais e horizontais inseridos no cálculo por meio do pórtico espacial e grelha, posteriormente com os esforços processados, o programa excuta rotinas de cálculo para o dimensionamento das vigas e pilares do edifício. No modelo IV, onde é considerado o pórtico espacial com grelhas planas, a distribuição das lajes nas vigas do pórtico espacial é realizada automaticamente por meio da transferência das reações das barras de lajes presentes no modelo de grelha. O sistema TQS também permite que se façam alterações quanto à consideração da inércia a torção em vigas, baseado no prescrito do item 14.6.7.2 da NBR 6118, que afirma que em análises estruturais por modelos de pórtico e grelha, deve-se considerar no mínimo 15 % da inércia integral a torção, desta forma o programa considera automaticamente uma torção mínima de 15 %. Os esforços de torção são então transferidos ao módulo do programa, CAD Vigas, em uma envoltória de máximos e mínimos. 58 4. METODOLOGIA Para as análises dos resultados gerados pelos programas, o que fizemos foi modelar uma estrutura idêntica aos três programas. Inicialmente fizemos um pré-dimensionamento dos elementos estruturais, e posteriormente com as dimensões pré-estimadas, lançamos a geometria nos programas. Posteriormente em arquivos separados, geramos a mesma estrutura, porém sem a introdução de lajes, sendo que desta forma o que fizemos foi introduzir as cargas lineares sobre as vigas diretamente. Essas cargas foram determinadas por meio do cálculo das reações das lajes sobre as vigas atravésdo processo simplificado da divisão das lajes em áreas de influência. Em associação com os processos do programa, fizemos também cálculos manuais para um pilar, viga e laje, de modo a possibilitar a compreensão das possíveis considerações que os programas fazem. 4.1. Projeto arquitetônico Os projetos arquitetônicos estão contidos no anexo B 4.2. Pré-dimensionamento dos elementos estruturais 4.2.1. Pré-dimensionamento de pilares Segundo PINHEIRO (2009), recomenda-se iniciar a localização dos pilares pelos cantos e posteriormente pelas áreas comuns a todos os pavimentos (área de elevadores e de escadas) e onde se localizam, na cobertura, na casa de máquinas e o reservatório superior. Em seguida, posicionam-se os pilares de extremidade e os internos, buscando embuti-los nas paredes ou procurando sempre respeitar as imposições do projeto de arquitetura. Deve-se sempre que possível, dispor os pilares alinhados, a fim de sejam formados os pórticos com as vigas que os unem, pois os pórticos formados contribuem significativamente na estabilidade global do edifício. Os pilares devem estar distantes preferencialmente entre seus eixos de 4 m a 6 m, pois com distâncias maiores as vigas resultam com dimensões transversais 59 fora do padrão, levando a uma taxa de armadura elevada e dificultando sua montagem. Os pilares muito próximos podem interferir nos elementos de fundação, e nos edifícios com garagens pode diminuir o número vagas, bem como dificultar as manobras dos veículos. O processo para o pré-dimensionamento dos pilares começa pela estimativa de sua carga (PK) através do processo de áreas de influências (Ai), este método consiste em dividir as distâncias entre os eixos dos pilares que variam de 0,45L a 0,55L nas direções X e Y, conforme a figura 22, a fim de se obter a carga aproximada para o pilar. Conforme STRAMANDINOLI (2010), a carga média do piso de um edifício em concreto armado residencial ou de escritórios é aproximadamente 10 KN/m² e na cobertura essa carga passa a 7,5 KN/m². FIGURA 22 – ÁREAS DE INFLUÊNCIAS DOS PILARES FONTE: PINHEIRO (2009). • 0,45L: pilar de extremidade e de canto, na direção as sua menor dimensão; • 0,55L: complementos dos vãos do caso anterior; • 0,50L: pilar de extremidade e de canto, na direção da sua maior dimensão. No caso de edifícios com balanços, considera-se a área do balanço acrescido das respectivas áreas das lajes adjacentes, tomando-se, na direção do balanço, largura igual a 0,50L sendo L o vão adjacente ao balanço. Conforme a arquitetura, anexo B, a parede apresenta espessura de 15 cm acabada, com chapisco, emboço e reboco, com será descontado 1,5 cm 60 em cada lado na parede, deixando os pilares com a menor dimensão com 12 cm, conforme a tabela a seguir. TABELA 1 – ESPESSURA DAS VIGAS (B) Esp. Parede (cm) b (cm) 15 12 20 12 a 15 (14) 25 12 a 20 (19) FONTE: O AUTOR (2010) A expressão apresentada a seguir possibilita o cálculo da área da seção transversal Ac: Ac= (β x ɤn x PK)/ σik (12) Para o cálculo da carga no pilar, é utilizada a seguinte expressão: PK=( n x CPT + Cc) Ai (13) Sendo: n, o número de Pavimentos Tipos. Para o caso deste trabalho o valor de n é 3 Ai= Área de Influência. CPT Carga média do Pavimento Tipo. Para o caso deste trabalho o valor de CPT adotado é 10 KN/m² Cc Carga média da Cobertura. Para o caso deste trabalho o valor de Cc adotado é 7,5 KN/m². β , fator de ponderação que leva em conta as excentricidades da carga. Depois de estimada as forças nos pilares, é estabelecida a tensão ideal característica levando em conta a resistência do concreto adotado. 61 σik= 0,4x fck (14) Para o edifício do anexo B, o fck adotado foi de 25 MPa, pelo fato de ser o fck mínimo a ser usado na região de Curitiba, tendo em vista sua classe de agressividade que é de grau II. Deste forma temos: σik=0,4 x 2,5 σik=1,0 No item 13.2.3 da NBR 6118/2003, reproduzida no anexo A, item A.6, há a afirmação de que é permitida a consideração de dimensões entre 19 cm e 12 cm, desde que se multipliquem as ações a serem consideradas no dimensionamento por um coeficiente adicional ɤn. O valor de β é estabelecido em função do posicionamento do pilar na arquitetura, conforme a seguir: • β =1 para pilar interno, onde o esforço preponderante é a compressão simples. FIGURA 23 - PILAR INTERNO FONTE: FUSCO (1981) • β =1,2 para pilar de extremidade, onde o esforço preponderante é a flexão composta. 62 FIGURA 24 – PILAR DE EXTREMIDADE FONTE: FUSCO (1981) • β =1,4 para pilar de canto, onde o esforço preponderante é a flexão composta oblíqua. FIGURA 25 – PILAR DE CANTO FONTE: FUSCO (1981) A seguir temos um exemplo de cálculo do pilar P1 da estrutura analisada: PK=( n x CPT + Cc) Ai (15) PK=( 3 x 10 + 7,5)3,70 PK= 139KN 63 Área da seção transversal Ac: Ac= (β x ɤn x PK)/ σik (16) β =1,4 – pilar de canto ɤn=1,95 – 0,05xb para 12cm<b<19 cm b= menor dimensão do pilar b= 12 cm ɤn=1,95 – 0,05x12 ɤn=1,35; σik= 0,4x fck fck=25 Mpa : = 2,5 KN/cm² σik=0,4 x 2,5 σik=1,0 Ac= (β x ɤn x PK)/ σik Ac=(1,4x1,35x139)/1 Ac=262,2 cm² Ainda assim, em qualquer caso não se permite pilar com seção transversal de área inferior a 360 cm². (NBR 6118,2003) Ac=262,cm² < 360 cm²; Então: Ac = 360 cm²; Como: a x b=360; temos: a x12cm =360; a=30 cm Pilar P1 = (12X30) cm Os demais resultados deste pré-dimensionamento estão contidos no anexo C 64 4.2.2. Pré-dimensionamento de vigas Conforme mencionado anteriormente, as vigas devem ligar os pilares formando pórticos, levando em conta que outras vigas podem ser necessárias para dividir painéis de lajes de grandes dimensões. A largura da viga (b) por questão estética deve ser preferencialmente igual à largura da parede, a altura da viga pode ficar limitada quanto a aberturas como portas e janelas. Como as vigas delimitam painéis de lajes, por questões econômicas seu vão deve ficar limitado entre 3,5 m a 6,0 m. As vigas baldrames tem por função ligar os pilares, de forma que a estrutura seja travada horizontalmente, suas funções também são dar suporte as paredes, por isso torna-se obrigatório o seu uso em baixo de todas as paredes. Ainda no anexo A, A.7, temos a condição apresentada pela NBR 6118/03 quanto as dimensões mínimas das vigas. No item 14.6.2.4 da NBR 6118/2003 o vão efetivo das vigas pode ser calculado por: ef = 0 + a1 + a2 (17) Com a1 igual ao menor valor entre (t1/2 e 0,3h) e a2 igual ao menor valor entre (t2/2 e 0,3h), conforme a figura 26. a) Apoio de vão extremo b) Apoio de vão intermediário FIGURA 26 – VÃO EFETIVO PARA AS VIGAS FONTE: NBR 6118 (2003) 65 Tendo em vista a arquitetura do edifício deste trabalho, anexo B, deveremos ter uma parede de 15 cm acabada, contando com chapisco, emboçoe reboco, desta forma iremos descontar 1,5 cm em cada lado na parede. Para a altura da viga (h) não devemos utilizar muitas alturas diferentes, pois durante a execução isso dificulta a montagem das formas, no entanto pode-se adotar até três tipos de alturas, conforme as expressões empíricas a seguir: • Viga simplesmente apoiada: l/12 < h < l/10 – • Viga contínua: l/15 < h < l /12 – adotado l/12 • Viga em balanço: l/6 < h < l/5 – adotado l/15 adotado l/6 Todos os cálculos das dimensões estão no anexo C 4.2.3. Pré-dimensionamento de lajes Conforme o item 14.7.2.2 da NBR 6118/2003, para vãos efetivos de lajes ou placas, quando os apoios puderem ser considerados suficientemente rígidos quanto à translação vertical, o vão efetivo deve ser calculado pela seguinte expressão. ef = 0 + a1 + a2 (18) Os valores de a1 e a2, em cada extremidade do vão, podem ser determinados pelos valores apropriados de al, conforme a figura 27. 66 FIGURA 27 – VÃO EFETIVO CONSIDERADO PARA LAJES FONTE: NBR 6118 (2003) Conhecido os vãos teóricos considera-se Lx o menor vão, e Ly o maior vão, e da relação λ=Ly/ Lx, é utilizada a seguinte classificação: • λ ≤ 2 → laje armada em duas direções; • λ > 2 → laje armada em uma direção. FIGURA 28 – VÃO TEÓRICO lx (MENOR VÃO) E ly (MAIOR VÃO) FONT E: PINHEIRO (2007) É possível o uso de uma expressão empírica sugerida por Claudinei Pinheiro Machado em 1983, para o cálculo da altura útil de lajes retangulares de edifícios residenciais, apoiados nos quatros lados: d=(α – 0,1n)L (cm) (19) Onde: d= a altura útil da laje em cm n= o número de bordas engastadas L= o menor dos dois valores lx (lx<ly) e 0,7ly (m) 67 Α= correção levando em conta a resistência do concreto, conforme a seguinte expressão: α=4,066/(fck+3,5)1/6 (20) Para a consideração do engastamento das lajes podemos considerar as seguintes figuras: FIGURA 29 – DETALHE EM LAJES CONTÍNUAS DE DIFERENTES DIMENSÕES, PARA CONSIDERAÇÃO DE ENGASTAMENTO OU NÃO FONTE: MARINO (2006) 68 • Cálculo para verificação dos bordos engastados da laje L13, do edifício analisado: FIGURA 30 – LAJE SITUADA SOBE O CORREDOR DE ACESSO AOS APARTAMENTOS DO EDIFÍCIO ANALISADO (ANEXO B) FONTE: O AUTOR (2010) Onde: L1 < 2L2/3,L1=4,30 m, L2=6,85 m Então: 4,30 < 2 x 6,85/3 Como a equação acima é verdadeira podem considerar os quatro bordos da laje L13 como sendo engastados. 69 QUADRO 4 - VALORES DE α EM FUNÇÃO DO FCK FONTE: STRAMANDINOLI (2010) Sendo o concreto do edifício com fck igual à 25 MPa, temos então que α corresponde a 2,33. Para a espessura da laje (h) pode ser usada a seguinte expressão: ℎ = 𝑑 + ϕ 2 + c (21) Sendo: d= altura útil da laje ϕ= diâmetro das barras c= cobrimento nominal da armadura FIGURA 31 – SEÇÃO TRANSVERSAL DA LAJE FONTE: PINHEIRO (2007) fck (MPa) α 20 2,4 25 2,33 30 2,26 35 2,21 40 2,17 45 2,13 50 2,09 70 O cobrimento nominal da armadura (c) é o cobrimento mínimo (cmin) acrescido de uma tolerância de execução (Δc), conforme apresentado no anexo no item A.8, para a face superior de lajes e vigas que serão revestidas com argamassa de contrapiso, com revestimentos finais secos tipo carpete e madeira, com argamassa de revestimento e acabamento tais como pisos de elevado desempenho, pisos cerâmicos, pisos asfálticos e outros tantos, as exigências desta tabela podem ser substituídas, respeitado um cobrimento nominal ≥ 15 mm. C = cmin + Δc (22) C = 1,5 cm ϕ2 = 0,5 cm 𝒉 = 𝒅 + 𝟐,𝟎 𝐜𝐦 As dimensões estão caracterizadas no anexo C 71 4.3. Estimativa das cargas permanentes e acidentais 4.3.1. Cargas atuantes nas lajes Quanto aos carregamentos inseridos na estrutura, temos que foram calculados os seguintes parâmetros. • Carga permanente Pavimento tipo: TABELA 2 - CÁLCULO DA CARGA PERMANENTE NAS LAJES DO PAVIMENTO TIPO. Carga Permanente Pavimento Tipo – Quartos, salas e Hall de entrada Carga (tf/m³) e (cm) Gk (tf/m²) Revestimento (Argamassa de cal, cimento e areia) 1,9 2,0 0,038 Contra piso (cimento e areia) 2,1 2,0 0,042 Taco (cedro) 0,5 2,0 0,010 CARGA TOTAL 0,09 FONTE: O AUTOR (2010) Sendo então a carga permanente adotada igual a 0,09 tf/m² TABELA 3 - CÁLCULO DA CARGA PERMANENTE NAS LAJES DO PAVIMENTO TIPO. Carga Permanente Pavimento BWC, cozinha e sacada Carga (tf/m³) e (cm) Gk (tf/m²) Revestimento (Argamassa de cal, cimento e areia) 1,9 2,0 0,038 Contra piso (cimento e areia) 2,1 2,0 0,042 Cerâmica 1,8 1,0 0,018 Carga total 0,098 FONTE: O AUTOR (2010) Sendo então a carga permanente adotada igual a 0,10 tf/m². 72 • Carga permanente atuante na cobertura: TABELA 4 - CÁLCULO DA CARGA PERMANENTE NA LAJE DA COBERTURA Carga Permanente da cobertura Carga (tf/m³) e (cm) Gk (tf/m²) Revestimento (Argamassa de cal, cimento e areia) 1,9 0,02 0,038 Contra piso (cimento e areia) 2,1 0,02 0,042 Impermeabilização com revestimento asfáltico 1,3 0,005 0,0065 Cobertura de fibrocimento com vigamento x x 0,03 CARGA TOTAL 0,1166 FONTE: MARINO (2006) Sendo então a carga permanente na adotada igual a 0,12 tf/m². • Cargas acidentais: A carga acidental atuante no edifício foi arbitrada conforme os dados que se encontram na norma NBR 6120/80. • Pavimentos Tipos: 0,20 tf/m². • Cobertura: 0,15 tf/m². 73 4.3.2. Cargas devido à parede Através quadro 5, podemos observar o peso específico, para o cálculo da carga distribuída sobre as vigas. Parede sem reboco Parede com reboco Tijolo (cm) Tijolo furado (KN/m²) Tijolo maciço (KN/m²) Parede (cm) Tijolo furado (KN/m²) Tijolo maciço (KN/m²) 10 1,2 1,6 15 2,2 2,6 12 1,44 1,92 17 2,44 2,92 15 1,8 2,4 20 2,8 3,4 20 2,4 3,2 25 3,4 4,2 QUADRO 5 – PESOS ESPECÍFICOS DE PAREDE DISTRIBUÍDA FONTE: MARINO (2006) FIGURA 32 – REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE UMA PAREDE FONTE: MARINO (2006) No caso da estrutura as espessuras das paredes serão consideradas como sendo de 15 cm, tendo-se em vista a largura das vigas, que são de 12 cm sem reboco. Consultado o quadro 5, temos que o peso de uma parede com 15 cm de largura resulta em média igual a 0,220 tf/m², sendo assim temos que: Para vigas com seção de 12x40 cm, onde as paredes possui 2,40 m de altura, carga será: Gpar 12x40 = 0,22 x 2,40 m 74 Gpar 12x40 = 0,528 tf/m Para vigas com seção de 12x30 cm, onde as paredes possue 2,50 m de altura, carga será: Gpar 12x40 = 0,22 x 2,50 m Gpar 12x40 = 0,550 tf/mPara paredes situadas nas lajes, sendo que possuem 2,7 m: Gpar 12x40 = 0,22 x 2,70 m Gpar 12x40 = 0,594 tf/m Para o uso das tabelas de distribuição dos esforços para vigas através das áreas de influência das lajes, deve ser considerada a carga de parede sobre as lajes L1, L6, L13, L20 e L25. Paredes atuantes na laje L1, L6, L20 e L25 (anexo B): Considerando a Altura h = 2,70 m Comprimento da parede = 1,21 + 3,43 = 4,64 m Gpar = 0,22 x 2,70 x 4,64 = 2,76 tf Área laje L1 = 13,67 m² GL1 = 2,76/13,67 = 0,202 tf/m² Paredes atuante na laje L13 (anexo B): Considerando a Altura h = 2,70 m Comprimento da parede = 2x(1,14 + 2,18) = 6,64 m Gpar = 0,22 x 2,70 x 6,64 = 3,94 tf Área laje total da laje L13 = 15,755 m² GL13 = 3,94/15,755 = 0,25 tf/m² 75 4.3.3. Redução das cargas acidentais Conforme o item 2.2.1.8, da NBR 6120/1980, temos que ela prescreve valores redutores das cargas acidentais conforme o número de pisos que atuam no edifício, como podemos ver n quadro 6, esta redução vale para o calculo de pilares e cargas na fundação, para edifícios para escritórios, residências e casas comerciais não destinadas a depósito Número de pisos que atuam sobre o elemento Redução percentual das cargas acidentais (%) 1, 2 e 3 0 4 20 5 40 6 ou mais 60 QUADRO 6– REDUÇÃO DAS CARGAS ACIDENTAIS FONTE: NBR6118 (2003) FIGURA 33 – REDUÇÃO DAS CARGAS ACIDENTAIS FONTE: MARINO (2006) 76 Interpretando a norma podemos constatar que a probabilidade da carga acidental com seu valor característico, atuar em todos os pisos da edificação simultaneamente, é muito baixa e por isso os coeficientes redutores para os cálculo de pilares e das fundações, onde a força normal pode ser reduzida, mas os momentos solicitantes de cada piso não, pois cada piso é independente do outro, onde as vigas e lajes são dimensionadas com a combinação ELU (Estado Limite Último), sem a redução das sobrecargas, com isso não se reduz os momentos fletores para os pilares, com isto podemos ter uma condição desfavorável e aumentar a taxa armadura. Para os programas utilizados neste trabalho, temos que nenhum considera essa redução de forma automática, e fica a critério do engenheiro atribuir esta redução. No programa Eberick o sistema analisa apenas uma hipótese de carga, ficando, portanto restrito aos casos em que a alternância de cargas variáveis pode ser considerada desprezível, no programa TQS pode ser considera a redução da carga acidental, o sistema permite a colocação manual dos redutores ou inserção automática dos valores, já o programa CypeCAD é possível gerar combinações de calculo contemplando as reduções das cargas acidentais. 4.3.4. Cálculo das reações da escada A consideração do peso da escada na estrutura do edifício foi realizado conforme os cálculos que se seguem, onde as cargas consideradas atuantes na escada foram as seguintes: • Carga acidental: 0,250 tf/m² (NBR 6120/80); • Carga permanente de revestimento: 0,100 tf/m²; • Peso do concreto armado: 2,5 tf/m³; 77 FIGURA 34 – REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DA ESCADA EM PLANTA. FONTE: O AUTOR (2010) FIGURA 35 – PERFIL DA ESCADA, COM REPRESENTAÇÃO DE SUA ALTURA MÉDIA. FONTE: O AUTOR (2010) 78 • Cálculo do peso próprio distribuído do lance da escada: mhPP ×= 5,2 Sendo hm a altura média do lance da escada, que correponde a 0,1465 m. O patamar possui 5 cm de altura. Desta forma temos que: 37,01465,05,2 =×=PP tf/m² • Cálculo do PP do patamar da escada: 125,005,05,2 =×=PP tf/m² No cálculo das reações de apoio sobre as vigas, a laje pode ser discretizada por meio de uma viga simplesmente apoiada, conforme a seguir. 79 FIGURA 36 – DISCRETIZAÇÃO DA ESCADA POR MEIO DE UMA VIGA SIMPLEMENTE APOIADA, CALCULADA POR MEIO DO FTOOL. FONTE: O AUTOR (2010) Temos então que a reação dos lances de escada sobre as vigas que servem de apoio para ela, totalizam em 0,76 tf/m permanente e 0,43 tf/m acidental. 4.4. Cálculo dos esforços através da planilha eletrônica O cálculo realizado através das planilhas eletrônicas será muito útil para comparar se os resultados obtidos pelos programas estão dentro da realidade. Conforme em anexo D foi calculado as reações das lajes sobre as vigas, através das áreas de influências conforme anexo B nas pranchas 9 e 10, e cargas atuantes conforme demonstrado no item 4.3 estimativas das cargas permanentes e acidentais, mais o peso próprio. Sabendo a carga atuante sobre as vigas e considerando o peso próprio de cada viga, foi possível calcular a reação em cada pilar, para esta reação dos pilares, cada trecho de viga foi considerado bi-apoiado, para facilitar o cálculo. Com a carga atuante em cada 80 pilar é possível saber o peso global da estrutura e fazer uma análise quando aos resultados obtidos pelos programas. Cada etapa de cálculo foi realizada verificações quando aos resultados obtidos. A primeira foi comparar se as áreas de influências de cada trecho seriam iguais à área total das lajes, resultando num erro de 0,0%. A segunda verificação se a carga total de todas as lajes e paredes seriam iguais a somatória das cargas atuantes sobre as vigas, resultando num erro de -0,05 % para a cobertura e -0,13 % para o pavimento tipo, isso significa que a carga global da lajes e paredes sobre cada trecho de viga esta faltando, mas entendemos que devido a complexidade da planilha como comprimentos de trechos, áreas e simétricas estes erros podem ser consideramos como insignificantes. A terceira e ultima verificação foi comparar se a somatória das cargas atuantes sobre as vigas devido ao carregamento das lajes, mais o seu peso próprio, seria igual à carga de todos os pilares, esta verificação resultou num erro de 0,0 %. Com estas verificações podemos comprovar que os valores calculados estão certos, e que podem ser comparados com os valores obtidos nos cálculos dos programas. 81 4.5. Modelagem computacional da estrutura analisada A estrutura analisa nos programas foram idênticas, de forma que a seguir são demonstradas as etapas de lançamento da estrutura. 4.5.1. Eberick De maneira geral as etapas inerentes para realização do projeto da estrutura no programa Eberick são as seguintes: 1º - Definição do número de pisos, bem como suas características, tais como, cotas, pé-direito e nomenclaturas. FIGURA 37 – JANELA PARA CRIAÇÃO DE PAVIMENTOS. FONTE: AUTOR (2010) 82 2º - Definição do posicionamento dos elementos estruturais, e inserção de cargas (cargas acidentais, e de paredes) no ambiente de “Croqui” do programa, neste ambiente é possível o uso de uma máscara DXF, para o lançamento de pilares, vigas e lajes, em função da geometria da planta arquitetônica. Este procedimento foi feito para cada piso da estrutura. FIGURA 38 – ETAPA DE LANÇAMENTO DA ESTRUTURA NO AMBIENTE “CROQUI” DO SOFTWARE. FONTE: AUTOR (2010) 3º - Verificação de erros de linearidades geométricas (alinhamento de vigas e prumadas de pilares) e visualização do pórtico espacial da estrutura. FIGURA 39 – VERIFICAÇÃO DE ERROS DE LINEARIDADE GEOMÉTRICA. FONTE: AUTOR (2010) 83 FIGURA 40 – VISUALIZAÇÃO DO PÓRTICO ESPACIALDA ESTRUTURA FONTE: AUTOR (2010) 4º - Pré-configuração das propriedades dos materiais, tais como fck, bitolas máximas e mínimas de aço, cobrimentos, classe de agressividade. Tudo isso podendo ser definido para pavimentos isolados ou elementos estruturais específicos, neste caso as configurações do pavimentos são as mesmas. FIGURA 41 – JANELA DE DEFINIÇÃO DE COBRIMENTOS DE ARMADURAS, FCK DO CONCRETO E BITOLAS MÁXIMAS E MÍNIMAS DAS ARMADURAS FONTE: AUTOR (2010) 84 5º- Processamento de esforços da estrutura, sendo que nesta etapa pode-se definir o tipo de modelo utilizado na análise estrutural. Neste caso o modelo usado foi o de pórtico espacial. FIGURA 42– DEFINIÇÃO DO TIPO DE ANÁLISE ESTRUTURAL A SER REALIZADA. FONTE: AUTOR (2010) FIGURA 43 – JANELA VISÍVEL NO INSTANTE DO PROCESSAMENTO DA ESTRUTURA. FONTE: AUTOR (2010) 85 6º - Verificação dos resultados globais da estrutura, tais como, deslocamentos, fator γz e esforços para cada elemento estrutural. FIGURA 44 – RELATÓRIO EMITIDO PELO PROGRAMA APÓS CONCLUSÃO DO PROCESSAMENTO. FONTE: AUTOR (2010) 4.5.2. CYPECAD De maneira geral as etapas inerentes para realização do projeto da estrutura no programa CypeCAD são as seguintes: 1º- Definição do número de pisos, bem como suas características, tais como, cotas, pé-direito e nomenclaturas. 86 FIGURA 45 – JANELA PARA CRIAÇÃO DOS PAVIMENTOS. FONTE: AUTOR (2010) Neste arranjo é definido o esquema vertical dos andares da estrutura como subsolo, térreo, sobrelojas, andares-tipo, cobertura, andar para equipamento e laje para cobertura, com suas respectivas alturas, onde pode ser ativado ou desativado conforme o edifício. Também neste arranjo deve ser definido as cargas permanentes e acidentais para cada pavimento. 2º - Máscara DXF/DWG FIGURA 46 – ARQUIVOS DWG/DXF IMPORTADOS DO SISTEMA CAD. FONTE: AUTOR (2010) 87 O usuário seleciona os arquivos DWG ou DXF para cada andar de modo que o desenho seja utilizado como uma máscara, na modelada a estrutura. Uma das vantagens do software CypeCAD é a associação das camadas (layers) importada do arquivo DWG/DXF as vigas e pilares, onde o software lança automaticamente conforme a geométrica do projeto arquitetônico, mesmo o pilar mudando sua seção ao longo da prumada do edifício. FIGURA 47– LANÇAMENTO AUTOMÁTICO DOS PILARES FONTE: AUTOR (2010) 3º - Dados Gerais FIGURA 48 – MENU DE DADOS GERAIS. FONTE: AUTOR (2010) 88 No menu “Dados gerais” pode ser escolhida as normas brasileiras NB1- 78 ou NBR-6118:2003, onde é possível calcular a estrutura com cada uma dessa normas. Nesta janela são definidos as propriedades do concreto e aço, tais como, resistência, módulo de elasticidade e peso próprio. É possível considerar o vento existente na edificação de acordo com a NBR 6123/88, onde a velocidade do vento pode ser consultada diretamente das curvas isopleta, onde são geradas automaticamente todas as combinações com os coeficientes de majoração e minoração, podendo ser criadas a hipótese de carregamento se for necessário. Outro item importante é a modificação na tabela de armadura, visto que é possível modificar os cobrimentos. 4º - Lançamento das Vigas ‘ FIGURA 49 – EDIÇÃO DAS VIGAS FONTE: AUTOR (2010) As vigas podem ser de vários tipos, vigas altas, vigas embutidas na laje (viga rasa, chata ou plana), nervura não estrutural, vigas apoiadas sobre o solo, vigas metálicas, seção T ou invertidas. O lançamento das vigas é feito de uma maneira bem simples: clicar sobre o ponto inicial e o ponto final da viga, com o software reconhecendo automaticamente os apoios intermediários. Uma viga continua pode ter tramos 89 com seções diferentes e conta com recursos importantes como editar uma viga depois de lançada, apagar ou mesmo deslocar. Possui um importante recurso para ajustar as vigas em função do desenho importado do CAD, inclusive fornecendo deslocamentos provenientes dos revestimentos. Um novo recurso de captura de vigas foi desenvolvido, aumentando muito a produtividade do lançamento estrutural. Esse recurso consiste em inserir a viga conforme o desenho de arquitetura, ou seja, ao clicar sobre a linha da parede a viga foi lançada automaticamente. 5º- Lançamento das Lajes FIGURA 50 – EDIÇÃO DAS LAJES FONTE: AUTOR (2010) Com o programa podemos calcular lajes do tipo: maciças, nervuradas, pré- fabricadas, alveolares e steel-deck. Conforme a estrutura é modelada, a qualquer momento pode-se optar pela visualização espacial 3D. Conforme podemos visualizar na figura 50. 90 FIGURA 51 – VISUALIZAÇÃO DO PÓRTICO ESPACIAL DA ESTRUTURA FONTE: AUTOR (2010) 5º- Cálculo da estrutura FIGURA 52 – JANELA VISÍVEL INSTANTE DO PROCESSAMENTO DA ESTRUTURA. FONTE: AUTOR (2010) 91 Depois de todos os parâmetros estabelecidos pelo engenheiro, como dimensões da estrutura, carregamento, resistência do concreto entre outros, a estrutura pode ser calculada. 7º- Relatório de erros FIGURA 53 – RELATÓRIO EMITIDO PELO PROGRAMA APÓS CONCLUSÃO DO PROCESSAMENTO. FONTE: AUTOR (2010) 92 4.5.3. TQS De maneira geral as etapas inerentes para realização do projeto da estrutura no programa Eberick são as seguintes: 1º- Definição do número de pisos, tipo do modelo estrutural, características dos materiais. FIGURA 54 – JANELA DE INTRODUÇÃO DAS PROPRIEDADES GERAIS DO EDIFÍCIO. FONTE: AUTOR (2010) 2º- Definição do posicionamento dos elementos estruturais, e inserção de cargas (cargas acidentais, e de paredes) na janela do “modelador estrutural do programa”, sendo que neste ambiente é também possível o uso de uma máscara DXF ou DWG, para o lançamento de pilares, vigas e lajes, em função da geometria da planta arquitetônica. Este procedimento foi feito para cada piso da estrutura. 93 FIGURA 55 – JANELA DO MODELADOR ESTRUTURAL FONTE: AUTOR (2010) 3º- Os erros de consistência são visualizados na janelas do “modelador estrutural”, sendo que nesta etapa o programa fornece avisos a respeitos de erros de linearidade geométrica ou condições previstas na norma NBR 6118/03. Este procedimento deve ser foi realizado para cada piso do edifício. FIGURA 56 – VERIFICAÇÃO DOS ERROS DE CONSISTÊNCIA NO “MODELADOR ESTRUTURAL”. FONTE: AUTOR (2010) 94 FIGURA 57 – VISUALIZAÇÃO PÓRTICO ESPACIAL FONTE: AUTOR (2010) 4º- Processamento global da estrutura, sendo que nesta etapa pode-se optar pelos dados que o programas deve processar, isso para cada tipo de elemento estrutural (pilar, viga e laje) FIGURA 58 – JANELA DE PROCESSAMENTO GLOBAL DO EDIFÍCIO FONTE: AUTOR (2010) 95 5º- Emissão dos relatórios com os dados gerais da estrutura, tais como, fator γz, parâmetro de estabilidade α, deslocamentos horizontais, etc. FIGURA 59 – JANELA DE EMISSÃO DOS DADOS GLOBAIS APÓS O PROCESSAMENTO DA ESTRUTURA FONTE: AUTOR (2010) 96 5. RESULTADOS 5.1. Consideração da estrutura com laje O primeiro cálculo realizado será considerando a laje maciça em todos os pavimentos, e as dimensões dos pilares conforme visto no item de pré-dimensionamento, para que possa ser comparada a distribuição dos esforços das lajes para as vigas. FIGURA 60 – ESTRUTURA COM LAJE FONTE: O AUTOR (2010) 97 5.1.1. Cálculo com pilares pré-dimensionados A seguir são apresentadas as cargas na fundação retirada dos programas, TQS, Eberick e CypeCAD, sendo que foi considerada a combinação de cálculo: PP + G1 + Q Sendo: PP = Peso Próprio da Estrutura; G1 = Carga Permanente de revestimento; Q = Carga acidental; TABELA 5 – CARGAS TOTAIS NA FUNDAÇÃO Pilar Seção (cm) Cargas por Programa (tf) ESTIMADA TQS Eberick CypeCAD P1 12 x 30 13,9 17,2 20,15 17,75 P2 12 x 30 22,5 32,6 29,82 29,68 P3 12 x 42 11,4 16,8 22,34 20,45 P4 12 x 42 11,4 16,6 22,34 20,55 P5 12 x 30 22,5 32,5 29,82 29,5 P6 12 x 30 13,9 17,3 20,15 17,8 P7 12 x 37 28,6 29,1 28,66 29,03 P8 12 x 30 15,9 23,9 24,48 23,51 P9 12 x 30 15,9 23,9 24,48 23,54 P10 12 x 37 28,6 29 28,66 29,07 P11 12 x 30 19,0 22,8 22,21 23,74 P12 12 x 30 19,0 23,1 22,21 23,65 P13 12 x 35 24,6 29,3 29,12 28,46 P14 16 x 42 45,0 45,4 42,96 49,47 P15 16 x 42 45,0 46 42,96 49,46 P16 12 x 35 24,6 29,4 29,12 28,29 P17 15 x 35 34,6 30,7 30,34 31,35 P18 12 x 35 25,4 28 27,26 27,84 P19 12 x 35 25,4 27 27,26 27,77 P20 15 x 35 34,6 29,1 30,34 31,34 98 TABELA 5 – CARGAS TOTAIS NA FUNDAÇÃO Pilar Seção (cm) Cargas por Programa (tf) ESTIMADA TQS Eberick CypeCAD P22 15 x 35 42,3 52,1 47,1 43,3 P23 15 x 35 42,3 50 47,1 43,31 P24 12 x 30 20,6 19 24,11 20,15 P25 15 x 35 34,6 32,3 30,34 32,62 P26 12 x 35 17,9 24 26,31 22,49 P27 12 x 35 17,9 23,3 26,31 22,47 P28 15 x 35 34,6 31,7 30,34 32,6 P29 12 x 35 24,6 29,7 29,12 28,88 P30 16 x 42 45,0 45,9 42,96 49,5 P31 16 x 42 45,0 46,3 42,96 49,61 P32 12 x 35 24,6 29,7 29,12 28,34 P33 12 x 30 19,0 22,3 22,23 23,57 P34 12 x 30 19,0 22,8 22,23 23,59 P35 12 x 37 28,6 31,4 29,52 30,27 P36 12 x 30 7,8 10,8 13,5 11,71 P37 12 x 30 7,8 10,8 13,5 11,67 P38 12 x 37 28,6 31,2 29,52 30,26 P39 12 x 30 13,9 17 20,14 17,16 P40 12 x 30 22,5 32,5 29,8 29,41 P41 12 x 42 11,4 17 22,29 20,62 P42 12 x 42 11,4 16,7 22,29 20,49 P43 12 x 30 22,5 32,4 29,8 29,47 P44 12 x 30 13,9 17,1 20,14 17,8 TOTAL (tf) 1058,2 1214,2 1229,5 1221,7 99 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 FO R Ç AS N O R M AI S (tf ) PILARES FIGURA 61 --CARGAS NA FUNDAÇÃO CAD/TQS EBERICK CYPECAD 100 FIGURA 62 – CARGA TOTAL DO EDIFÍCIO Como podemos observar na figura 62, a carga total do edifício calculado pelas planilhas e para os três programas utilizados neste trabalho, os valores apresenta são muito parecidos para a carga total na fundação, significando que a estrutura esta correta e os valores dentro da realidade de um projeto estrutural. Manual TQS Eberick CypeCAD Carga 1231,15 1214,2 1229,5 1221,7 1205 1210 1215 1220 1225 1230 1235 Ca rg a na fu nd aç ão (t f) 101 TABELA 6 - SITUAÇÃO DOS PILARES Pilares Dimensão TQS EBERICK CYPECAD Nova Dimensão P1 12 x 30 Ok X X 15 x 30 P2 12 x 30 X X X 15 x 30 P3 12 x 42 Ok OK OK 15 x 42 P4 12 x 42 Ok OK OK 15 x 42 P5 12 x 30 X X X 15 x 30 P6 12 x 30 OK X X 15 x 30 P7 12 x 37 X X X 15 x 37 P8 12 x 30 X X X 15 x 30 P9 12 x 30 X X X 15 x 30 P10 12 x 37 X X X 15 x 37 P11 12 x 30 X X X 15 x 30 P12 12 x 30 X X X 15 x 30 P13 12 x 30 X X X 15 x 35 P14 16 x 42 OK OK OK 16 x 42 P15 16 x 42 OK OK OK 16 x 42 P16 12 x 30 X X X 15 x 35 P17 15 x 35 OK OK OK 15 x 35 P18 12 x 35 X X X 15 x 35 P19 12 x 35 X X X 15 x 35 P20 15 x 35 Ok OK OK 15 x 35 P21 12 x 30 X X X 15 x 30 P22 12 x 30 OK OK OK 15 x 35 P23 12 x 30 OK OK OK 15 x 35 P24 12 x 30 X X X 15 x 30 P25 15 x 35 OK OK OK 15 x 35 P26 12 x 35 X X X 15 x 30 P27 12 x 35 X X X 15 x 30 P28 15 x 35 OK OK OK 15 x 35 P29 12 x 30 X X X 15 x 35 P30 16 x 42 OK OK OK 16 x 42 102 TABELA 6 - SITUAÇÃO DOS PILARES TABELA 7 – ESFORÇOS NORMAIS DE CÁLCULO Pilar TQS EBERICK CYPECAD P1 24,92 29,97 28,43 Como podemos observar na tabela 5, no pré-dimensionamento a carga total estimada foi de 1058,2 tf, e para os programas TQS, Eberick e CypeCAD respectivamente de 1214, 2tf, 1229,5 tf e 1221,7 tf, resultando em muitos pilares que não passaram com suas dimensões pré estabelecidas, por ter sido considerado conforme visto no pré-dimensionamento uma carga total para o pavimento tipo de 1 tf/m² e para a cobertura de 0,75 tf/m². Para a tabela 6 os únicos pilares que não apresentaram a mesma situação foram os pilares P1, P6, P39 e P44 apesar da carga na fundação ser semelhantes, à força normal Pilares Dimensão TQS EBERICK CYPECAD Nova Dimensão P32 12 x 30 X X X 15 x 35 P33 12 x 30 X X X 15 x 30 P34 12 x 30 X X X 15 x 30 P35 12 x 37 X X X 15 x 37 P36 12 x 30 OK OK OK 15 x 30 P37 12 x 30 OK OK OK 15 x 30 P38 12 x 37 X X X 15 x 37 P39 12 x 30 OK X X 15 x 30 P40 12 x 30 X X X 15 x 30 P41 12 x 42 OK OK OK 15 x 42 P42 12 x 42 OK OK OK 15 x 42 P43 12 x 30 X X X 15 x 30 P44 12 x 30 OK X X 15 x 30 103 de cálculo (Nsd) são diferentes por isso estes pilares não apresentaram o mesmo comportamento onde podemos analisar na tabela 7. • REPROCESSAMENTO COM OS PILARES CORRIGIDOS O segundo cálculo foi realizado fazendo a correção dos pilares passando de 12 cm para 15 cm conforme visto na tabela 8. A seguir são apresentadas as cargas na fundação retirada dos programas, TQS, Eberick e CypeCAD, sendo que foi considerada a combinação Normal: PP + G1 + Q Sendo: PP = Peso Próprio da Estrutura; G1 = Carga Permanente de revestimento; Q = Carga acidental; TABELA 8 – CARGAS TOTAIS NA FUNDAÇÃO (PILARES CORRIGIDOS) Pilar Seção (cm) Cargas por Programa (tf) ESTIMADA TQS Eberick CypeCAD P1 15 x 30 13,9 17,8 20,7 18,4 P2 15 x 30 22,5 33,1 30,7 30,3 P3 15 x 42 11,4 17,4 22,2 20,6 P4 15 x 42 11,4 17,7 22,2 20,7 P5 15 x 30 22,5 33,0 30,7 30,4 P6 15 x 30 13,9 17,9 20,7 18,4 P7 15 x 37 28,6 29,1 29,2 29,4 P8 15 x 30 15,9 24,2 22,8 23,6 P9 15 x 30 15,9 24,1 22,8 23,6 P10 15 x 37 28,6 29,1 29,2 29,4 P11 15 x 30 19,0 23,2 22,9 24,4 P12 15 x 30 19,0 22,7 22,9 24,3 P13 15 x 35 24,6 29,6 26,7 28,7 P14 16 x 42 45,0 44,5 41,7 48,2 P15 16 x 42 45,0 45,1 41,7 48,2 104 TABELA 8 – CARGAS TOTAIS NA FUNDAÇÃO (PILARES CORRIGIDOS) Pilar Seção (cm) Cargas por Programa (tf) ESTIMADA TQS Eberick CypeCAD P16 15 x 35 24,6 29,8 29,7 28,8 P17 15 x 35 34,6 30,7 30,1 31,0 P18 15 x 35 25,4 27,7 27,1 28,2 P19 15 x 35 25,4 27,3 27,1 28,3 P20 15 x 35 34,6 30,6 30,1 31,0 P21 15 x 30 20,6 19,2 24,6 20,8 P22 15 x 35 42,3 52,0 47,0 43,2 P23 15 x 35 42,3 50,2 47,0 43,2 P24 15 x 30 20,6 19,6 24,6 20,8 P25 15 x 35 34,6 32,4 30,2 32,2 P26 15 x 35 17,9 24,4 24,6 23,2 P27 15 x 35 17,9 23,5 24,6 23,2 P28 15 x 35 34,6 32,0 30,2 32,1 P29 15 x 35 24,6 30,0 29,7 29,7 P30 16 x 42 45,0 44,9 41,7 48,0 P31 16 x 42 45,0 45,4 41,7 48,0 P32 15 x 35 24,6 30,1 29,7 28,9 P33 15 x 30 19,0 22,8 22,8 24,2 P34 15 x 30 19,0 22,6 22,8 24,3 P35 15 x 37 28,6 31,4 29,7 30,4 P36 15 x 30 7,8 11,2 13,5 12,2 P37 15 x 30 7,8 11,2 13,5 12,1 P38 15 x 37 28,6 31,3 29,7 30,4 P39 15 x 30 13,9 17,7 20,717,7 P40 15 x 30 22,5 32,9 30,7 30,4 P41 15 x 42 11,4 17,4 22,3 20,8 P42 15 x 42 11,4 17,6 22,3 20,7 105 TABELA 8 – CARGAS TOTAIS NA FUNDAÇÃO (PILARES CORRIGIDOS) Pilar Seção (cm) Cargas por Programa (tf) ESTIMADA TQS Eberick CypeCAD P43 15 x 30 22,5 32,9 30,7 30,5 P44 15 x 30 13,9 17,8 20,7 18,4 TOTAL (tf) 1058,2 1225,1 1226,0 1230,8 106 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 FO R Ç AS N O R M AI S (tf ) PILARES FIGURA 63- CARGAS NA FUNDAÇÃO - PILARES NOVOS CAD/TQS EBERICK CYPECAD 107 TABELA 9- SITUAÇÃO DOS PILARES Pilares Dimensão TQS EBERICK CYPECAD P1 15 x 30 OK OK OK P2 15 x 30 OK OK X P3 15 x 42 Ok OK OK P4 15 x 42 Ok OK OK P5 15 x 30 OK OK X P6 15 x 30 OK OK OK P7 15 x 37 OK OK OK P8 15 x 30 OK OK OK P9 15 x 30 OK OK OK P10 15 x 37 OK OK OK P11 15 x 30 OK OK OK P12 15 x 30 OK OK OK P13 15 x 35 OK OK X P14 16 x 42 OK OK OK P15 16 x 42 OK OK OK P16 15 x 35 OK OK X P17 15 x 35 OK OK OK P18 15 x 35 OK OK OK P19 15 x 35 OK OK OK P20 15 x 35 Ok OK OK P21 15 x 30 OK OK OK P22 15 x 35 OK OK OK P23 15 x 35 OK OK OK P24 15 x 30 OK OK OK P25 15 x 35 OK OK OK P26 15 x 30 OK OK OK P27 15 x 30 OK OK OK P28 15 x 35 OK OK OK P29 15 x 35 OK OK X P30 16 x 42 OK OK OK P31 16 x 42 OK OK OK 108 TABELA 9 - SITUAÇÃO DOS PILARES Pilares Dimensão TQS EBERICK CYPECAD P32 15 x 35 OK OK X P33 15 x 30 OK OK OK P34 15 x 30 OK OK OK P35 15 x 37 OK OK OK P36 15 x 30 OK OK OK P37 15 x 30 OK OK OK P38 15 x 37 OK OK OK P39 15 x 30 OK OK OK P40 15 x 30 OK OK X P41 15 x 42 OK OK OK P42 15 x 42 OK OK OK P43 15 x 30 OK OK X P44 15 x 30 OK OK OK TABELA 10 – ESFORÇO NORMAL DE CÁLCULO – P2 e P13 Pilar TQS EBERICK CYPECAD P2 46,3 43,67 43,01 P13 33,0 36,21 35,83 TABELA 11- MOMENTO FLETOR DE CALCULO NA DIREÇÃO x – P2 e P13 Pilar TQS EBERICK CYPECAD P2 0,49 0,58 1,94 P13 0,42 0,46 1,92 TABELA 12 - MOMENTO FLETOR DE CALCULO NA DIREÇÃO y – P2 e P13 Pilar TQS EBERICK CYPECAD P2 0,45 0,41 0,44 P13 0,56 0,43 0,37 109 Para o segundo cálculo com os pilares corrigidos conforme a tabela XXX, todos os pilares passaram nos programas TQS e Eberick, para o programa CypeCAD os pilares P2, P5, P13, P16, P29, P32, P40 e P43 tiveram erro em seu dimensionamento. Iremos analisar os pilares P2 e P13, pois os restantes são simétricos e apresentam o mesmo comportamento e problema, É possível observar que os momentos na direção x do pilares P2 e P13 para o programa CypeCAD são maiores que os programas TQS e Eberick, para estes momentos é que foi realizado o cálculo dos pilares, a solução seria aumentar a dimensão destes pilares ou diminuir este momento na direção x, como queremos manter os três modelos de forma iguais com geometria e carregamento, a solução é diminuir o momento na direção x, para isto, existe duas maneiras, que é a introdução de rótulas ou diminuição do engastamento entre viga-pilar. Aplicando as rótulas os pilares P2, P5, P13, P16, P29, P32, P40 e P43, todos na sua direção x. Recalculando a estrutura, observamos que todos os pilares passaram para o programa CypeCAD 110 5.2. Consideração da estrutura sem laje O segundo cálculo realizado será a retirada das lajes, e considerada uma carga linear sobre as vigas, provocadas pelas lajes e paredes conforme visto nas tabelas de cálculo para cargas encontrada no anexo D. Neste processo, será comparado com a estrutura com laje para cada programa separadamente. Sendo que a combinação normal foi de: PP + G1 + Q FIGURA 64 – ESTRUTURA SEM LAJE 111 0 10 20 30 40 50 60 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 FO RÇ AS N O RM AI S (t f) PILARES FIGURA 65 - PILARES CAD/TQS Considerando a Laje Sem Laje 112 0 10 20 30 40 50 60 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 FO R Ç AS N O R M AI S (tf ) PILARES FIGURA 66 - PILARES - EBERICK Considerando a Laje Sem a Laje 113 0 10 20 30 40 50 60 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 FO RÇ AS N O RM AI S (t f) PILARES FIGURA 67 - PILARES CypeCAD Considerando a Laje Sem a Laje 114 Analisando os gráficos com as cargas na fundação para os programas TQS, EBERICK e CypeCAD, podemos concluir que existem pequenas diferenças para as cargas na fundação. Analisando os pilares P22 e P23, os quais são simétricos, através dos gráficos de cargas na fundação com a estrutura com e sem laje, podemos perceber que em todos os programas, os pilares P22 e P23 possuem cargas maiores na estrutura sem considerar a laje. Isso pode ser analisado olhando a figura 68, onde para a viga V11 os diagramas de momentos fletores são maiores para a estrutura sem laje e conseqüentemente transmite ao pilar P22 maior carga. Devemos tomar cuidado quanto à distribuição dos esforços nas lajes sobre as vigas, pois o método de área de influência, grelha e elementos finitos apresentam comportamento diferentes. FIGURA 68 – DIAGRAMA DE MOMENTOS FLETORES VIGA V11 FONTE: CYPECAD (2010) 115 5.3. Estudo da laje L1 Inicialmente a laje L1, foi calcula manualmente por meio do processo simplificado de CZERNY, conforme as etapas a seguir: Figura 69 – Posicionamento da laje L1, do pavimento tipo. • Uniformização de dados e carregamentos Fck = 25 MPa = 2,5 KN/m² γc = 1,4 (ELU – Combinação Normal) Fcd = 2,5/1,4 = 1,79 KN/cm² Fyd = 600 MPa = 60 KN/m² γs = 1,15 (ELU – Combinação Normal) Fyd = 60/1,15 = 52,2 KN/cm² bw = 100 cm h = 8 cm d = 4,5 cm (adotado) 116 Pd = γg x gk + γq x qq Onde: qq = 2,0 KN/m² ( capitulo cargas atuantes no edifício) gk = 5,02 KN/m² ( capitulo cargas atuantes no edifício) Logo: Pd = 1,4 x 5,02 + 1,4 x 2,0 = 9,828 KN/m² • Cálculo de esforços da laje L1: lx1 = 3,55 m ly1 = 3,85 m ly1lx1 = 3,853,55 = 1,08450 Por meio das tabelas de CZERNY, temos: αx1 = 30,7197 αy1 = 33,838 βx = 12,886 βy = 13,662 𝑚𝑥1 = 𝑃𝑑 𝑋 𝑙𝑥2α𝑥1 = 9,828 𝑥 3,55²30,7197 = 4,032 𝐾𝑁𝑚/𝑚 𝑚𝑦1 = 𝑃𝑑 𝑋 𝑙𝑥2α𝑦1 = 9,828 𝑥 3,55²33,838 = 3,66 𝐾𝑁𝑚/𝑚 𝑚𝑏𝑥1 = 𝑃𝑑 𝑋 𝑙𝑥2α𝑏𝑥1 = 9,828 𝑥 3,55²12,886 = − 9,6112 𝐾𝑁𝑚/𝑚 𝑚𝑏𝑦1 = 𝑃𝑑 𝑋 𝑙𝑥2α𝑏𝑦1 = 9,828 𝑥 3,55²13,662 = − 9,066 𝐾𝑁𝑚/𝑚 117 FIGURA 70– MOMENTOS FLETORES NA LAJE L1 Determinação do momento negativo na direção x para L7: Pd = γg x gk + γq x qq Onde: qq = 2,0 KN/m² ( capitulo cargas atuantes no edifício) gk = 2,9 KN/m² ( capitulo cargas atuantes no edifício) Pd = 1,4 x 2,9 + 1,4 x 2,0 = 6,86 KN/m² lx1 = 2,55 m ly1 = 4,15 m ly7lx7 = 4,152,55 = 1,627 118 Utilizando as tabelas de CZERNY, obtemos: βx7 = 12,245 𝑚𝑏𝑥7 = 𝑃𝑑 𝑋 𝑙𝑥2α𝑏𝑥7= 6,86 𝑥 2,55²12,245 = − 3,643 𝐾𝑁𝑚/𝑚 Determinação do momento negativo na direção y para L2 Pd = γg x gk + γq x qq Onde: qq = 2,0 KN/m² ( capitulo cargas atuantes no edifício) gk = 2,9 KN/m² ( capitulo cargas atuantes no edifício) Pd = 1,4 x 2,9 + 1,4 x 2,0 = 6,86 KN/m² lx2 = 2,55 m ly2 = 2,65 m ly2lx2 = 2,652,55 = 1,039 βy2 = 15,57 𝑚𝑏𝑦2 = 𝑃𝑑 𝑋 𝑙𝑥2α𝑏𝑦2 = 6,86 𝑥 2,55²15,57 = − 2,865 𝐾𝑁𝑚/𝑚 FIGURA 71 – REPRESENTAÇÃO DOS ESFORÇOS NAS LAJES L1, L7 E L2. 119 Nesta etapa do cálculo ainda é preciso fazer a uniformização dos momentos negativos das lajes L1 com a L2 e L1 com L7, sendo assim temos Uniformização na direção de Lx da L1: Mb17 = Max 𝑚𝑏1+𝑚𝑏7 2 para mb1 > mb1 0,8mb1 Mb17 = Max 9,6112+3,643 2 = 6,6271 𝐾𝑁𝑚/𝑚 0,8 x 9,6112 = 7,6889 KNm/m Adotando: Mb17 = - 7,6889 KNm/m Mx1,corr = 4,032 + (9,6112 – 7,6889)/2 = 4,99315 KNm/m Sentido Ly da L1: Mb12 = Max 𝑚𝑏1+𝑚𝑏2 2 para mb1 > mb2 0,8mb1 Mb12 = Max 9,066+2,865 2 = 5,9655 𝐾𝑁𝑚/𝑚 0,8 x 9,066 = 7,2528 KNm/m Adotando: Mb12 = - 7,2528 KNm/m My1,corr = 3,66 + (9,066 – 7,2528)/2 = 4,5666 KNm/m 120 FIGURA 72– DIAGRAMA FINAL DE MOMENTOS FLETORES EM L1. • Resultados obtidos nos programas: Para o cálculo dos momentos pela tabela de CZERNY, é utilizado o Mx para a menor dimensão da laje, com isso ao se comparar com os programas os valores do Mx e My estão trocados. Tabela 13 – MOMENTOS FLETORES POSITIVOS NA LAJE – L1 Laje Momentos Manual TQS EBERICK CYPECAD L1 Mx (tfm/m) 0,457 0,4 0,665 0,413 My (tfm/m) 0,499 0,529 0,601 0,505 121 FIGURA 73– MOMENTO FLETOR POSITIVO DIREÇÃO x – L1 FIGURA 74 – MOMENTO FLETORE POSITIVO DIREÇÃO y – L1 Manual TQS EBERICK CYPECAD Mx 0,457 0,4 0,665 0,413 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 M om en to F le to r M x (t fm /m ) Manual TQS EBERICK CYPECAD My 0,499 0,529 0,601 0,505 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 M om en to F le to r M y (t fm /m ) 122 FIGURA 75 – MOMENTO FLETOR NEGATIVO SOBRE A VIGA –V27 FIGURA 76 – MOMENTO FLETOR NEGATIVO DE BORDO NA DIREÇÃO X Manual TQS EBERICK CYPECAD Mx(-) -0,73 -0,60 -0,51 -0,29 -0,80 -0,70 -0,60 -0,50 -0,40 -0,30 -0,20 -0,10 0,00 M om en to N eg at iv o so br e a v ig a V2 7 Manual TQS EBERICK CYPECAD Mx(-) 0,00 -0,13 0 0,00 -0,14 -0,12 -0,10 -0,08 -0,06 -0,04 -0,02 0,00 M om en to N eg at iv o de b or od o M bx 123 • Cálculo da Armadura Positiva direção x: Mrd1,lim = 0,272 bw d² fcd Mrd1,lim = 0,272 x 100 x 4,5² x 1,79 = 985,93 KNcm/m Mrd1,lim = 9,8593 KNm/m Msd = 4,57 KNm/m - Mrd1,lim ≥ Msd OK não há necessidade de armadura de compressão. 𝛽𝑐 = Mrd1 𝑏𝑤 𝑑² 𝑓𝑐𝑑 ≤ 0,272 (fck ≤ 35 MPa) 𝛽𝑐 = 457 100 𝑥 4,5² 𝑥 1,79 = 0,126 < 0,272 𝑂𝐾 βs = 1 βz = 0,919 ,𝐴𝑠 = Mrd1 𝑏𝑧 𝑑 𝑏𝑠 𝑓𝑦𝑑 ,𝐴𝑠 = 457 0,919 𝑥 4,5 𝑥 1 𝑥 52,5 = 2,10 𝑐𝑚2𝑚 • Cálculo da Armadura Positiva direção y: Mrd1,lim = 0,272 bw d² fcd Mrd1,lim = 0,272 x 100 x 4,5² x 1,79 = 985,93 KNcm/m Mrd1,lim = 9,8593 KNm/m 124 Msd = 4,99 KNm/m - Mrd1,lim ≥ Msd OK não há necessidade de armadura de compressão. 𝛽𝑐 = Mrd1 𝑏𝑤 𝑑² 𝑓𝑐𝑑 ≤ 0,272 (fck ≤ 35 MPa) 𝛽𝑐 = 499 100 𝑥 4,5² 𝑥 1,79 = 0,137 < 0,272 𝑂𝐾 βs = 1 βz = 0,910 ,𝐴𝑠 = Mrd1 𝑏𝑧 𝑑 𝑏𝑠 𝑓𝑦𝑑 ,𝐴𝑠 = 4990,910 𝑥 4,5 𝑥 1 𝑥 52,5 = 2,32 𝑐𝑚2𝑚 • Cálculo da Flecha L1 o Verificação de fissuração: A Verificação da fissuração será comparada com o maior momento positivo: Mx= 4,99 KNm/m , ou 499 KNcm/m 𝑚𝑟 = 𝛼 𝑥 𝑓𝑐𝑡 𝑥 𝐼0ϫ𝑡 α = 1,5 (seção retangular) fct = 0,3 x fck2/3 = 0,3 x 252/3 = 2,565 MPa , 0,2565 KN/cm² 𝐼0 = 𝑏𝑥ℎ312 = 100𝑥8312 = 4266,67 𝑐𝑚 4 Ϫt = h/2 = 8/2 = 4 cm 125 𝑚𝑟 = 1,5 𝑥 0,2565 𝑥 4266,674 = 410,4 𝐾𝑁𝑐𝑚/𝑚 Como: Mx > mr a laje irá fissurar. Há então necessidade de calcular uma inércia equivalente, conforme no anexo A, A.9. o Momento de Inércia o Estádio II : 𝐼𝐼𝐼 = 𝑏.𝑋³3 + 𝛼𝑒 .𝐴𝑠. (𝑑 − 𝑋)² 𝑋 = 𝐴. �−1 + �1 + 𝐵 𝐶 � 𝛼𝑒 = 𝐸𝑠𝐸𝑐𝑠 ; Es = 210 GPa Ecs = 0,85x5600x251/2 = 23800 MPa 𝛼𝑒 = 21023,8 = 8,82 𝐴 = 𝛼𝑒 . (𝐴𝑠 + 𝐴′)𝑏 𝐴 = 8,82. (2,32 + 0)100 = 0,2046 𝐵 = 2𝑏. (𝐴𝑠.𝑑 + 𝐴𝑠′.𝑑′) 𝐵 = 2𝑥100. (2,32𝑥4,5 + 0) = 2088 𝐶 = 𝛼𝑒 . (𝐴𝑠 + 𝐴𝑠′)² 𝐶 = 8,82 . (2,32 + 0)2 = 47,47 𝑋 = 0,2046. �−1 + �1 + 208847,47� = 1,168 𝐼𝐼𝐼 = 100. 1,168³3 + 8,82𝑥2,32. (4,5 − 1,168)2 = 280,29 126 o Momento de Inércia no Estádio II: 𝐼𝑒𝑞 = �𝑀𝑟𝑀𝑎�3 𝑥 𝐼0 + �1 − �𝑀𝑟𝑀𝑎�3� 𝑥 𝐼𝐼𝐼 𝐼𝑒𝑞 = �410,4499 �3 𝑥 4266,67 + �1 − �410,4499 �3� 𝑥280,29 = 2497 𝑐𝑚4 o Flecha imediata (PINHEIRO,2007) 𝑎𝑖 = 𝛼100 . 𝑏12 .𝑃𝑞𝑝. 𝐿𝑥4𝐸. 𝐼𝑒𝑞 Combinação quase permanente: Pqp = G + Ψ2 . q = 5,02 + 0,3x2,0 = 5,62 KN/m² ; 5,62x10-4 KN/cm² (carregamento sobre a laje, visto no item Cargas Atuantes no Edifício) Lx = 355 cm (TABELA 2.1a, TIPO 3, PINHEIRO,2007) lx1 = 2,55 m ly1 = 3,85 m ly7 lx7 = 3,85 2,55 = 1,085 α = 2,864 𝑎𝑖 = 2,864100 . 10012 . 5,62. 10−435542380 𝑥 2497 = 0,358 𝑐𝑚 o Flecha Total: A flecha total é dada pela flecha inicial mais a flecha diferida, que pode ser obtida multiplicando-se a inicial pelo coeficiente 1+ αf (PINHEIRO,2007) 𝛼𝐹 = 𝛥ξ1 + 50. 𝑝′ Δξ = ξ(t) − ξ(t0 ) Para um tempo infinito: então: ξ(t) = 2,0 ξ(t0 ) = 0,68 ( carregamento aplicado após 1 mês ) (anexo A9) 127 Δξ = 2 – 0,68 = 1,32 𝛼𝐹 = 1,321 + 50𝑥0 = 1,32 o Flecha total : at = ai (1 + αf ) at = 0,3258(1 + 1,32) = 0,83 cm FIGURA 77 – COMPARAÇÃO ENTRE AS FLECHAS FIGURA 78 – DESLOCAMENTOS PAVIMENTO TIPO – 3D Manual TQS EBERICK CYPECAD Flecha -0,83 -1,20 -1,11 -0,452 -1,4 -1,2 -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 Fl ec ha (c m ) 128 FIGURA 79 – DESLOCAMENTOS PAVIMENTO TIPO – PLANTA O cálculo manual utilizando as tabelas de Czerny, foi considerado as lajes como elementos isolados e apoiados em vigas indeformáveis, isto significa que a laje não exerce esforço de torção sobre a viga, e considera o engastamento perfeito onde há continuidade de lajes vizinhas. Para o cálculo através dos programas utilizando o modelo de grelha (TQS e EBERICK) e elementos finitos (CYPECAD), é considerado alguns parâmetros importantes como a influência da flexibilidade e rígidez a torção das vigas e lajes. Analisando as flechas na laje L1, para o programa CypeCAD, não é calculado a flecha deferida em lajes maciças, levando em conta a fluência do concreto, significando a deformação lenta da laje L1, por isso esta flecha de, 0,452cm é a instantânea, após que é retirado o escoramento, e a flecha total será a soma da flecha instantânea com a deferida, então o valor da flecha será maior, aproximando-se aos programas TQS e Eberick. Podemos perceber que no cálculo manual a flecha esta muito baixa em comparação as flechas obtidasnos programas, pois não é levado em conta a deformação das vigas. Para os momentos positivos na direção x, da laje L1, percebemos que os resultados foram semelhantes, por outro lado os momentos negativos para o cálculo manual são maiores, em comparação com os resultados obtidos pelos programas. Para o cálculo utilizando os modelos de elementos finitos e analogia de grelha a torção das vigas exercidas pelo esforço das lajes é considerada, com 129 isso surge momentos negativos nos bordos de lajes de extremidade, como é o exemplo da laje L1, mas os momentos torçores nas vigas são muito pequenos, para vigas usuais como é caso do nosso edifício, só pode ser considerado para vigas de grades dimensões ou vigas segurando uma laje em balanço onde o momento torços deve ser considerado, nos bordos das lajes os programas CypeCAD e Eberick consideraram como rotulado significando em um momento igual a zero, já o programa TQS apresentou um momento negativo de bordo de -0,130 tfm/m, para contornar esta situação, os pilares podem ser simulados como apoios elásticos independentes. No extremo de cada barra de laje e viga que se apoia diretamente no pilar, é adicionada uma “mola” com redistribuição. Com esta adaptação no modelo de grelha, as solicitações resultantes passam a ficar mais condizentes com a realidade, podemos dizer que a opção de plastificação e redução da inércia a torção das vigas proveniente das lajes planas não foi introduzido adequadamente por isso o alto valor do momento negativo de bordo da laje L1. Devemos lembrar também que no calculo manual utilizando as tabelas de Czerny, os momentos de bordos são consideramos como zero. Analisando o momento negativo da laje L1 na direção x sobre a viga V26, percebemos que no cálculo manual onde é considerado o perfeito engastamento entre as lajes, resultou num valor maior do momento negativo, resultando em uma taxa de armadura maior e desnecessária. 5.4. Estudo do pilar P1 O pilar P1 da estrutura estudada neste trabalho está submetido a um caso de flexão composta. Para o seu dimensionamento manual, foram consideradas as análises descritas no tópico 15.8 da NBR 6118, que se refere a estruturas de nós móveis. O seu dimensionamento será processado por meio do auxílio dos ábacos apresentados por PINHEIRO, BARALDI E POREM, 1994, para casos de pilares submetidos à flexão oblíqua composta. As cargas solicitantes do pilar foram referenciadas nas cargas obtidas pelo programa EBERICK, onde foi modelada a estrutura sem as lajes. Tendo se então o pilar P1, submetido os seguintes esforços, que foram retirados do processamento do programa Eberick: 130 Figura 80 - Representação dos momentos atuantes no pilar. • Dados do pilar: hx = 12 cm; hy = 30 cm; Ac=360 cm² (área de concreto) ex =2,8 m; ey =2,8 m; Nd= 296,2 KN; M1XTOPO=638,6 KNcm; M1XBASE=515,7 KNcm; M1YTOPO=295,7 KNcm; M1YBASE=199,3 KNcm; M1xBASE= 515,7 X 1,4 = 722KNcm Mx1dTOPO = 445 x 1,4 = 894 KNcm Mx1dmin = 296,2(0,015+0,03 hx) Mx1dmin = 296,2(0,015+0,03 (0,12)) 131 Mx1dmin = 5,51 KNm Mx1dmin = 551 KNcm My1dBASE = 199,3 x 1,4 = 279 KNcm My1dTOPO = 295,7 x 1,4 =414KNcm My1dmin = Nd (0,015+0,03 hy) My1dmin = 296,2 (0,015+0,03 (0,30)) My1dmin = 7,11 KNm My1dmin = 711 KNcm o Determinação de xλ e yλ : xλ =3,46 x ex h = 3,46 x 12 280 =80,7 yλ =3,46 y ey h = 3,46 x 30 280 =32,3 o Determinação de 1λ segundo X: Mx1dtopo > Mx1dmin 894 > 551>>>> <bα 1,0; e1x= e1xA= d Axd N M 1 = 2,296 894 =3,01 cm 4,0≥bα topo base b M M 40,060,0 −=α 894 72240,060,0 −=bα 28,0=bα >>>>>> 40,0=bα 132 40,0 5,1225 1 h e x ×+ =λ 40,0 12 01,35,1225 1 ×+ =xλ ; onde 1λ dever estar entre 35 e 90. 3,701 =xλ xx 1λλ > 80,7 > 0,3 >>>>> Devem-se considerar os efeitos de segunda ordem. MxDTOPO= 894 KNcm =bα 0,40 73,80=xλ hx = 12 cm; Nd= 296,2 KN; b = 0,2 h Nd - dAb d MhN 1 2 19200 α λ − b = 0,2 x 12 x 296,2 - 8944,019200 2,296127,80 2 ×− ×× = -852,3 c= NdhM dAB ××××− 12,0 α c= 2,296128944,02,0 ××××− = -254211 2 4² cbbM dTOT −±− = 133 2 )254211(4)²3,852()3,852( −−−±−− =dTOTM 1086=dTOTM KNcm Logo: e1xtotal=1086/296,2 MdxTOT=1086 KNcm o Determinação de e1xtotal=3,67 cm 1λ segundo Y: My1dA < My1dmin 414 < 711 >>>>>> =bα 1,0; e1y=e1yA= 2,296 414 = 40,1 cm 0,1 30 40,15,1225 1 + =yλ ; onde 1λ dever estar entre 35 e 90. 6,251 =yλ 351 =yλ yy 1λλ < 32,3 < 35 >>>>> não considerar efeitos de segunda ordem. Logo: MdyTOT=Md1topo= 414 KNcm eydtot= 1,40 cm 134 • Dimensionamento do pilar: o Valores mínimos de armadura: Asmin = ydf Nd15,0 ou 0,4%Ac, prevalecendo o valor mínimo; Asmin = 1,44 cm² o Valores máximos de armadura: Asmax = 8% Ac (considerando as emendas); Asmax = 4% Ac (tendo-se em vista as posições de esperas de armadura); Asmax = 4% x 360 = 14,4 Asmax = 14,4 cm² o Coeficientes ν , xµ e yxµ , para dimensionamento da armadura: Nd = 296,2 KN Mx1dTOT = 1086 KNcm MdyTOT = 414 KNcm cdc fA Nd =ν 78,1360 2,296 × =ν =0,46 6,0=ν xcdc xd x hfA M =µ 1278,1360 1086 ×× =xµ =0,14 ycdc yd y hfA M =µ 135 3078,1360 414 ×× =yµ =0,02 Entrando com ν , xµ e yµ no ábaco de VENTURINI, e ainda levando em conta os dados de entrada: d’y=0,100 hy (recobrimento de 2,5 cm). d’x=0,200 hx (recobrimento de 2,5 cm). Obtemos: 4,0=ω fcdA fydA c s=ω 78,1360 5,43 4,0 × × = s A sA =5,89 cm² < Amax >>>> ok Tabela 14 - Resultados de As obtidos nos programas para o pilar P1 Programa Nd (tf) TAXA DE ARMADURA (%) As calculado (cm²) As adotado (cm²) Eberick 26,9 3,50 12,6 16 Φ 10 mm TQS 28,1 5,59 20,1 10 Φ 16 mm CypeCAD 24,92 2,78 10,0 6 Φ 16 mm Manual 26,9 1,63 5,89 8 Φ 10 mm Tendo em vista os resultados acima, os quais foram consultados nos memoriais de cálculo do programa, observa-se que houve certa diferença em as taxas de armaduras obtidas. O sistema TQS apresentou uma taxa que conduz a uma área de armadura além dos limites normativos calculados anteriormente. Os programas CYPECAD e EBERICK, embora com forças normais de cálculo diferentes, apresentaram resultados finais de aço mais 136 próximos. O cálculo realizado manualmente resultou em uma taxa de armadura muito baixa se comparada com os programas, ainda que as condições de carregamento adotadas sejam iguais a do EBERICK, neste caso há de se levar em conta que o fator ω foi calculado por uma aproximação do fator ν . 5.5. Estudo da viga V1 5.5.1. Estrutura com laje Na estrutura modelada nos programas, onde foram consideradas as lajes, olhando mais especificamente para a viga V1, observamos os seguintes resultados para os diagramas de momentos fletores: FIGURA 81 – DIAGRAMAS DE MOMENTOS FLETORES OBTIDOS PARA A VIGA V1, DA ESTRUTURA COM LAJE. Analisando os resultados, temos que os momentos fletores se mostraram diferentes, sendo que a grande causa para essas diferenças pode ser justificada pelos carregamentos que os programas atribuíram a esta viga, que foi diferente, visto que a discretização das lajes que cada programa faz 137 possui suas peculiaridades e critérios diferentes, o que acaba ocasionando diferenças na distribuiçãode esforços para as vigas. 5.5.2. Estrutura sem laje Considerando a Viga V1 da estrutura, cujo lançamento de laje nos programas foi omitido, temos que o carregamento introduzindo nos programas e considerado nos cálculos manuais de esforços desta viga, foram os mesmos e determinados pelo processo simplificado das áreas de influência. A seguir são mostrados a sistemática de cálculo realizado para a viga V1: • Coeficientes de majoração de esforços: o Combinação de Cálculo: =Pd kqkg QG γγ + (Combinação Última Normal) =gγ 1,4 (Majoração para cargas permanentes); =qγ 1,4 (Majoração para cargas acidentais); =cγ 1,4 (Minoração do concreto); =sγ 1,15 (Minoração do aço); o Discretização da viga V1 Figura 82 – Parcela dos quinhões de carga, compostas de parcelas de carga permanente e carga acidental. 138 o Composição de cargas no VÃO A Gk = PP + Gpar+Glaje Gk= 0,09 tf/m + 0,55 tf/m + 0,355 tf/m Gk= 0,995 tf/m Qk= 0,14 tf/m Pd = 1,4 (0,995 + 0,14) P1dA = 1,589 tf/m o Composição de cargas no VÃO B Gk = PP + Gpar+Glaje Gk= 0,09 tf/m + 0,55 tf/m + 0,11 tf/m Gk= 0,75 tf/m Qk= 0,08 tf/m Pd = 1,4 (0,75 + 0,08) P2dB = 1,162 tf/m FIGURA 83– Carregamentos de cálculo atuantes na estrutura. 139 o Diagrama de momentos fletores calculados manualmente: Para o cálculo dos momentos fletores utilizados no dimensionamento desta viga, foi utilizado o modelo de viga continua, onde foram impostos engastamentos perfeitos nos apoios com pilares. Desta maneira os dois tramos da viga V1, foram calculados separadamente, sendo que foi atentado para o item 14.6.7.1 da NBR 6118, onde prescreve que: “Não se devem considerar momentos positivos menores que os que se obteriam se houvesse engastamento perfeito da viga nos apoios internos.” Há ainda a consideração neste item da norma, afirmando que: “Quando não for realizado o cálculo exato da influência da solidariedade dos pilares com a viga, deve ser considerado, nos apoios extremos, momento fletor igual ao momento de engastamento prefeito multiplicado pelos coeficientes estabelecidos nas seguintes relações: Na viga: vigarrr rr ++ + supinf supinf No tramo superior do pilar: vigarrr r ++ supinf sup No tramo inferior do pilar: vigarrr r ++ supinf sup Sendo: i i Ir = 140 Onde, ir corresponde à rígidez do elemento i no nó considerado. FIGURA 84 – REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DA CONSIDERAÇÃO DA SOLIDARIEDADE ENTRE PILAR E VIGA (FONTE: NBR 6118, 2003). • Desta forma temos que: FIGURA 85 – REPRESENTAÇÃO DOS MOMENTOS DA VIGA V1. 141 • Redução dos momentos de engastamento com os pilares P1(12x30) e P3 (12x42), por meio da aplicação das considerações da norma NBR 6118. • P1 (12 x 30) 27000 12 ³3012 supinf = × == JJ cm4 27000 12 ³3012 = × =tramoAJ cm 4 280supinf == ll cm 385=tramoAl cm 86,192 280 270002 supinf = × == rr cm³ 13,70 385 27000 ==vigar cm³ 2000=engM KNcm viga engviga rrr rr MX ++ + ×= supinf supinf 13,7086,19286,192 86,19286,1922000 ++ + ×=vigaX 169285,02000 =×=vigaX 1692=vigaX KNcm • P1 (12 x 42): 6048 12 ³1242 supinf = × == JJ cm4 142 27000=tramoBJ 280supinf == ll cm 265=tramoBl cm 2,43 280 60482 supinf = × == rr cm³ 89,101 265 27000 ==vigar cm³ 700=engM KNcm viga engviga rrr rr MX ++ + ×= supinf supinf 89,1012,432,43 2,432,43700 ++ + ×=vigaX 45,0700×=vigaX 321=vigaX KNcm 143 FIGURA 86 – DIAGRAMAS DE MOMENTOS FLETORES DE CÁLCULO COM REDUÇÃO DOS MOMENTOS DE ENGASTAMENTO COM OS PILARES P1 E P3. • Dimensionamento da Armadura: o Dados: fck=2,5 KN/cm² 4,1=cγ fcd=1,78 KN/cm² fyk = 50 KN/cm² 15,1=sγ fyd=43,5 KN/cm² h= 30 cm bw = 12 cm dútil = 27 cm (adotado) d’util=3 cm (adotado) 144 • Taxa de armadura mínima: É correspondente ao máximo valor entre as relações: hb fyd fcd w035,0 ou 0,0015bwh hb fyd fcd w035,0 = 30125,43 78,1035,0 × =0,515 cm² hbw0015,0 =0,0015x12x30=0,54 cm² Asmin=0,54 cm² • Taxa de armadura máxima: Asmax=0,04bwh Asmax=0,04 x 12 x 30=14,4 cm² Asmax=14,4 cm² • Momento limite para adoção de armadura de compressão Mrdlim=0,272bwd²fcd Mrdlim=0,272x12x27²x1,78 Mrdlim=4235, 4 KN/cm² • Cálculo de As negativo no P1: Msd= 1690 KNcm Msd < Mrd1lim >>>>sem armadura de compressão 145 cβ = 0,108 (Tabela de MARINO) zβ =0,9316 sβ =1,000 yd rd s fsdz MA ××× = ββ 1 5,4300,1279316,0 1692 ××× =sA As=1,55 cm² • Cálculo de As positivo no Tramo A: Msd= 1700 KNcm Msd < Mrd1lim >>>>sem armadura de compressão cβ = 0,1088, (Tabela de MARINO) zβ =0,931 sβ =1,000 yd rd s fsdz MA ××× = ββ 1 5,4300,127931,0 1700 ××× =sA As=1,55 cm² • Cálculo de As negativo no P2: Msd= 2900 KNcm Msd < Mrd1lim >>>>sem armadura de compressão 146 cβ = 0,1856, (tabela de MARINO) zβ =0,875 sβ =1,000 yd rd s fsdz MA ××× = ββ 1 5,4300,127875,0 2900 ××× =sA As=2,82 cm² • Cálculo de As positivo no vão 2: Msd= 800 KNcm Msd < Mrd1lim >>>>sem armadura de compressão cβ = 0,0512 (tabela de MARINO) zβ =0,9689 sβ =1,000 70,0=sA cm² • Cálculo de As negativo no P3: Msd=321 KNcm Msd < Mrd1lim >>>>sem armadura de compressão cβ =0,0205 (MARINO) zβ =0,9877 147 sβ =1,000 As=0,28 < Amin As=0,54 cm² Agora estabelecendo um comparativo entre os resultados de momentos fletores gerados pelos programas, juntamente com o gerado pelo cálculo manual, temos os seguintes valores: Figura 87 – Esforços de momentos fletores resultantes na viga V1. Nota-se que embora os carregamentos sejam os mesmos, os valores resultantes de momentos fletores ainda de mostram um pouco diferentes, principalmente nas regiões entre os apoios com os pilares, entretanto essa diferença torna-se menor em relação à viga V1 da estrutura com a laje, pelo fato dos carregamentos daquela viga ser diferentes para cada programa. Outro aspecto que justifica esta diferença de resultados pode ser explicado pelas considerações de rígidez das entre vigas e pilares que cada programa realiza, levando em conta as considerações da norma NBR 6118. Agora comparando-se as armaduras utilizadas pelos programas, foram observado os seguintes valores: 148 TABELA 15 – Armadura Negativa na viga V1 PROGRAMA APOIO As (cm²) As efetivo EBERICK P1 1,83 3 Φ 10 mm P2 1,83 3 Φ 10 mm P3 0,83 3 Φ 6,3 mm TQS P1 1,17 3 Φ 8 mm P2 1,36 3 Φ 8 mm P3 0,54 2 Φ 6,3 mm CYPECAD P1 1,14 2 Φ 10 mm P2 1,16 2 Φ 10 mm P3 0,66 3 Φ 6,3 mm MANUAL P1 1,55 2 Φ 10 mm P2 2,82 3 Φ 12 mm P3 0,54 2 Φ 6,3 mm TABELA 16 – Armadura positiva na viga V1 PROGRAMA TRAMO As As efetivo EBERICK A 1,00 3 Φ 8 mm B 0,54 2 Φ 6,3 mm TQS A 0,87 2 Φ 10 mm B 0,54 2 Φ 6,3 mm CYPECAD A 1,01 3 Φ 8 mm B 0,54 2 Φ 6,3 mm MANUAL A 1,55 2 Φ 10 mm B 0,70 3 Φ 6,3 mm Notam-se relativas diferenças nos cálculos de armaduras gerados pelos programas, onde essas diferenças são conduzidas pelas diferenças entre os esforços. Uma característica percebida é de que todos os programas consideram em seusdimensionamentos os momentos de engastamentos entre os pilares P1 e P3, conforme calculado manualmente. O sistema TQS distribuiu bitolas muito altas para absorver o momento positivo no vão A, isso conduz ao usuário a configurar os critérios relativos ao dimensionamento de forma adequada, sendo que neste caso a armadura efetiva neste tramo poderia ser substituída por 3 Φ 6,3 mm ou 2 Φ 8,0 mm. A armadura positiva no tramo B, resultou em na armadura mínima, conforme calculado anteriormente, sendo os programas distribuíram nesta região 2 Φ 6,0 mm. 149 Observa-se que a diferença entre os esforços gerado pelos programas conduzem a configurações de armaduras diferentes, e desta forma essas diferenças podem refletir, de maneira indireta, no custo da estrutura. 5.5.3. Comparativo entre estrutura com laje e estrutura sem laje Agora estabelecendo um comparativo entre os resultados do diagrama da viga V1 gerados pelos três programas, e para as duas estruturas diferentes obtemos os seguintes resultados: FIGURA 88– DIAGRAMAS DE MOMENTOS FLETORES DA VIGA V1, DA ESTRUTURA COM LAJE E ESTRUTURA SEM LAJE GERADOS PELO TQS. 150 FIGURA 89 – DIAGRAMAS DE MOMENTOS FLETORES DA VIGA V1, DA ESTRUTURA COM LAJE E ESTRUTURA SEM LAJE GERADOS PELO EBERICK. FIGURA 90 – DIAGRAMAS DE MOMENTOS FLETORES DA VIGA V1, DA ESTRUTURA COM LAJE E ESTRUTURA SEM LAJE GERADOS PELO CYPECAD. 151 É visível que os diagramas da viga da estrutura com laje resulta com momentos fletores positivos e negativos maiores. Observa-se também que o CypeCAD faz uma uniformização dos momentos negativos sobre o apoio intermediário, lançando mão da possibilidade de arredondamento de diagramas de momentos fletores, descrito no item 14.6.3 da norma NBR 6118. A justificativa. 5.6. Dados gerais da estrutura Foram retirados ainda os dados geométricos da estrutura projetada com laje, sendo esses dados apresentados nas tabelas a seguir. TABELA 17 – DADOS DOS CONSUMOS DE AÇO DISCRETIZADOS POR PROGRAMAS, PAVIMENTOS E ELEMENTOS ESTRUTURAIS. EBERICK Vigas Lajes Pilar TOTAL AÇO (kg) TIPO1 704 1762 753 3219 TIPO2 704 1762 753 3219 TIPO3 704 1762 753 3219 COB 605 1359 753 2717 BALDRAME 661 661 TOTAL (Kg) 3378 6646 3012 13036 TQS Vigas Lajes Pilar TOTAL AÇO (kg) TIPO1 1267 1463 1004 3734 TIPO2 1267 1463 1004 3734 TIPO3 1267 1463 1004 3734 COB 692 1582 1004 3278 BALDRAME 765 765 TOTAL (Kg) 5257 5972 4015 15244 CYPECAD Vigas Lajes Pilar TOTAL AÇO (kg) TIPO1 642 5035 1058 6735 TIPO2 642 5035 579 6256 TIPO3 625 5008 561 6194 COB 528 1075 512 2115 BALDRAME 632 632 TOTAL (Kg) 3069 16153 2710 21932 152 TABELA 18 – CONSUMOS DE CONCRETO DA ESTRUTURA DISCRETIZADOS POR PROGRAMAS E ELEMENTOS ESTRUTURAIS EBERICK (m³) ELEMENTO BALDRAME TIPO 1 TIPO 2 TIPO 3 COB VIGA 11,6 9,2 9,2 9,2 8,6 LAJE 0 19,1 19,1 19,1 19,8 PILAR 0 6,4 6,4 6,4 6,4 TOTAL (m³) 150,5 TQS (m³) ELEMENTO BALDRAME TIPO 1 TIPO 2 TIPO 3 COB VIGA 10 8 8 8 7 LAJE 0 22 22 22 20 PILAR 0 6 6 6 6 TOTAL (m³) 151 CYPECAD (m³) ELEMENTO BALDRAME TIPO 1 TIPO 2 TIPO 3 COB VIGA 11 9 9 9 9 LAJE 0 19 19 19 20 PILAR 0 6 6 6 6 TOTAL (m³) 145 TABELA 19 – CONSUMOS DE FORMAS DISCRETIZADOS POR PROGRAMA E ELEMENTO ESTRUTURAL EBERICK (m²) ELEMENTO BALDRAME TIPO 1 TIPO 2 TIPO 3 COB VIGA 194 128 128 128 125 LAJE 0 239 239 239 248 PILAR 0 121 121 121 121 TOTAL (m²) 2152 TQS (m²) ELEMENTO BALDRAME TIPO 1 TIPO 2 TIPO 3 COB VIGA 192 122 122 122 123 LAJE 0 239 239 239 247 PILAR 0 121 121 121 121 TOTAL (m²) 2129 CYPECAD (m²) ELEMENTO BALDRAME TIPO 1 TIPO 2 TIPO 3 COB VIGA 190,49 125 125 125 125 LAJE 0 239 239 239 247 PILAR 0 111 107 106 107 TOTAL (m²) 2087 153 FIGURA 91 – REPRESENTAÇÃO DO CONSUMO TOTAL DE AÇO, EM FUNÇÃO DOS PROGRAMAS. FIGURA 92 – REPRESENTAÇÃO DO CONSUMO TOTAL CONCRETO, EM FUNÇÃO DOS PROGRAMAS. 13036 15244 21932 Consumo Consumo de aço (kg) EBERICK TQS CYPECAD 150,5 151 145 Programas Volume de concreto (m³) EBERICK TQS CYPE 154 FIGURA 92 – REPRESENTAÇÃO DO CONSUMO TOTAL DE FORMA, EM FUNÇÃO DOS PROGRAMAS. Tendo em vista os dados das tabelas anteriores, percebemos grande diferença entre o consumo de aço que os programas usaram na estrutura, acreditamos que isto está fortemente relacionado as diferentes entre os esforços existentes nos elementos estruturais, e ainda somada à critérios diferentes existentes nos programas com relação ao arranjo das armaduras. Observamos que nos três programas o consumo de aço se deu em maior parte nas lajes, com o maior consumo atribuído ao CYPECAD. O TQS foi o programa que mais consumiu aço nas vigas e pilares. O consumo de concreto resultou ligeiramente diferente em virtude do dimensionamento dos elementos, visto que no EBERICK e TQS, foi necessário um reajuste nas seções dos elementos estruturais para que pudessem ser dimensionados, sendo que isso também acaba por influenciar no consumo de formas. 2152 2129 2087 Programas Área de forma (m²) EBERICK TQS CYPE 155 6. CONCLUSÃO No decorrer da elaboração deste trabalho podemos concluir que de fato os programas de cálculo estrutural estão disponíveis para o aumento de produtividade nos projetos de estruturas e no auxílio da consideração de mais variáveis a que podem estar sujeitas as estruturas de concreto. Entretanto notamos que o uso de programas de cálculo estrutural, exige do usuário um bom nível de conhecimento técnico, e normativo, que associado à experiência aumenta em muito as chances de sucesso na elaboração de uma estrutura racional e econômica. É importante que o usuário conheça muito bem a ferramenta que ele está lidando, de maneira que em situações onde os programas acusam erros, o usuário saiba onde manipular no programa para que os erros sejam corrigidos. Em virtude de diferenças de critérios entre os programas, que começam desde a etapa de lançamento da estrutura, considerações de combinações, discretização dos modelos de cálculos, até as etapas de arranjo das armaduras nos elementos estruturais, pode-se afirmar que os programas apresentam ao final do projeto, resultados muito diferentes. Verificamos então que os programas de cálculo de estruturas de concreto não substitui o papel do engenheiro, é ainda necessário que este pense e tome as decisões cabíveis diante dos problemas que podem surgir ao longo das etapas da elaboração de um projeto estrutural. 156 7. REFERÊNCIAS ALTOQI INFORMÁTICA. AltoQi Eberick – Manual do Usuário. Florianópolis, SC, 2000. ANDRÉ, S. da. Modelagem de pisos de edifícios. 187 f. 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Dimensões Mínimas de Lajes Outra consideração que consta na norma NBR 6118, em seu item 13.2.4, é a de que as espessuras mínimas de lajes maciças deverão ser das seguintes dimensões: • 5 cm para lajes de cobertura não em balanço; • 7 cm para lajes de piso e lajes em balanço; 161 • 10 cm para lajes destinadas a passagem de veículos com peso total menor ou igual a 30 KN; • 12 cm para lajes destinadas a passagem de veículos com peso total maior do que 30 KN. A.3. Dimensões Mínimas de Pilares O tópico 13. 2.3 nos dá a seguinte orientação: A seção transversal de pilares e pilares-parede maciços, qualquer que seja a sua forma, não deve apresentar dimensão menor que 19 cm. Em casos especiais, permite-se a consideração de dimensões entre 19 cm e 12 cm, desde que se multipliquem as ações a serem consideradas no dimensionamento por um coeficiente adicional γn, de acordo com o indicado na tabela 13.1 e na seção 11. Demonstrado no quadro 1 Em qualquer caso, não se permite pilar com seção transversal de área inferior a 360 cm². b cm ≥19 18 17 16 15 14 13 12 Ϫn 1 1,05 1,1 1,15 1,2 1,25 1,3 1,35 onde: Ϫn = 1,95 - 0,05b; b é a menor dimensão da seção transversal do pilar. Nota : o coeficiente Ϫn deve ser majorar os esforços solicitantes finais de cálculo nos pilares, quando de seu dimensionamento. QUADRO 1 – VALORES DO COEFICIENTE ADICIONAL γn FONTE: NBR 6118 (2003) 162 A.4. Carregamentos Acidentais e Pesos Específicos dos Materiais Local Carga(KN/m²) Corredores Com acesso ao público Sem acesso ao público 3 2 Cozinhas não residencial A ser determinada em cada caso, porém com o mínimo de 3 Depósitos A ser determinada em cada caso e na falta de valores experimentais conforme o indicado em 2.2.1.3 - Edifícios residenciais Dormitórios, sala, copa, cozinha e banheiro Despensa, área de serviço e lavanderia 1,5 2 Escadas Com acesso ao público Sem acesso ao público 3 2,5 Forros Sem acesso a pessoas 0,5 Lavanderias Incluindo equipamentos 3 Terraços Sem acesso ao público Com acesso ao público Terraços Inacessíveis a pessoas Destinados a heliportos elevados: as cargas deverão ser fornecidas pelo órgão competente do Ministério da Aeronáutica 2 3 0,5 - QUADRO 2 – VALORES MÍNIMOS DE CARGAS ACIDENTAIS FONTE: NBR 6118 (2003) 163 Materiais Peso específicoaparente (KN/m³) Revestimentos e concretos Argamassa de cal, cimento e areia Revestimentos Argamassa de cimento e areia e concretos Argamassa de gesso Concreto simples Concreto armado 19 21 12,5 24 25 Blocos artificiais Blocos de argamassa Cimento amianto Lajotas cerâmicas Tijolos furados Tijolos maciços Tijolos sílico-calcáreos 22 20 18 13 18 20 QUADRO 3 – PESOS ESPECÍFICOS DE ALGUNS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FONTE: NBR 6118 (2003) A.5. Coeficientes de Ponderação Combinações de Ações Ações Permanente (g) Variáveis (q) Protensão (p) Recalque de apoio de retração D F G T D F D F Normais 1,4 (1) 1 1,4 1,2 1,2 0,9 1,2 0,0 Especiais ou de construção 1,3 1,0 1,2 1,0 1,2 0,9 1,2 0,0 Excepcionais 1,2 1,0 1,0 0,0 1,2 0,9 0,0 0,0 Onde: D é desfavorável, F é favorável, g cargas variáveis em geral e T é a temperatura (1) Para cargas permanentes de pequena variabilidade, com o peso próprio das estruturas, especialmente as pré-moldadas, esse coeficiente pode ser reduzido para 1,3 QUADRO 4 – COEFICIENTES DE PONDERAÇÃO (ΓF=ΓF1XΓF3) EM FUNÇÃO DAS CATEGORIAS DE CARREGAMENTO E AÇÕES. FONTE: NBR 6118 (2003) 164 Ações γf2 Ψ0 Ψ1 (1) Ψ2 Cargas Acidentais Locais em que não há predominância de pesos de equipamentos que permanecem fixos por longos períodos de tempo, nem de elevadas concentrações de pessoas (2) 0,5 0,4 0,3 Locais em que há predominância de pesos de equipamentos que permanecem fixos por longos períodos de tempo, ou de elevadas concentração de pessoas (3) 0,7 0,6 0,4 Biblioteca, arquivos, oficinas e garagens 0,8 0,7 0,6 Vento Pressão dinâmica do vento nas estruturas em geral 0,6 0,3 0 Temperatura Variações uniformes de temperatura em relação à média anual local 0,6 0,5 0,3 (1) Para valores de Ψ1 relativos às pontes e principalmente aos problemas de fadiga, ver seção 23 da NBR 6118/2003. (2) Edifícios residenciais. (3) Edifícios comerciais, de escritórios, estações e edifícios públicos QUADRO 5- VALORES PARA O COEFICIENTE ΓF2, QUE COMPÕE O COEFICIENTE ΓF. FONTE: NBR 6118 (2003) Combinações Concreto (Ϫc) Aço (Ϫs) Normais 1,4 1,15 Especiais ou de construção 1,2 1,15 Excepcionais 1,2 1,0 QUADRO 6 - COEFICIENTES DE MINORAÇÃO DO CONCRETO E AÇO, EM FUNÇÃO DO TIPO DE COMBINAÇÃO CONSIDERADO. FONTE: NBR 6118 (2003) 165 A.6. Ponderação adicional para pilares de pequenas dimensões A seção transversal de pilares e pilares-parede maciços, qualquer que seja a sua forma, não deve apresentar dimensão menor que 19 cm. Em casos especiais, permite-se a consideração de dimensões entre 19 cm e 12 cm, desde que multipliquem as ações a serem consideradas no dimensionamento por um coeficiente adicional γn, de acordo o indicado na tabela 13.1 e na seção 11. Em qualquer caso, não se permite pilar com seção transversal real inferior a 360 cm². b cm ≥19 18 17 16 15 14 13 12 Ϫn 1 1,05 1,1 1,15 1,2 1,25 1,3 1,35 onde: Ϫn = 1,95 - 0,05b; b é a menor dimensão da seção transversal do pilar. Nota : o coeficiente Ϫn deve ser majorar os esforços solicitantes finais de cálculo nos pilares, quando de seu dimensionamento. QUADRO 7 - VALORES DO COEFICIENTE ADICIONAL ΓN. A.7. Dimensões Mínimas de Vigas Conforme o item 13.2.2 da NBR6118/2003, a seção transversal das vigas não deve apresentar largura menor que 12 cm e das vigas-paredes, menor que 15 cm. Estes limites podem ser reduzidos, respeitando-se um mínimo absoluto de 10 cm em casos excepcionais, sendo obrigatoriamente respeitadas as seguintes condições: A.8. Dimensões Mínimas de Lajes De acordo com a NBR 6118/2003 as espessuras mínimas das lajes maciças são: a) 5 cm para lajes de cobertura não em balanço. b) 7 cm para lajes de piso e lajes em balanço. c) 10 cm para lajes destinadas a passagem de veículos com peso total menor ou igual a 30 KN. 166 d) 12 cm para lajes destinadas a passagem de veículos com peso total ou maior do que 30 KN. e) 15 cm para lajes com protensão em vigas, l/42 para piso biapoiados e l/50 para lajes de piso contínuo. f) 16 cm para lajes lisas e 14 cm para lajes-cogumelos. A.8. Cobrimento das armaduras QUADRO 8 - CORRESPONDENCIA ENTRE CLASSE DE AGRESSIVIDADE AMBIENTAL E COBRIMENTO NOMINAL ΔC = 10 mm A.9. Avaliação de Flechas 17.3.2.1 Avaliação aproximada da flecha em vigas O modelo de comportamento da estrutura pode admitir o concreto e o aço como materiais de comportamento elástico linear, de modo que as seções Tipo da Estrutura Componente ou elemento Classe de agressividade ambiental (tabela 6.1) I II III IV³ Cobrimento nominal mm Concreto armado Laje ² 20 25 35 45 Viga/Pilar 25 30 40 50 Concreto protendido Todos 30 35 45 55 ¹ Cobrimento nominal da armadura passiva que envolve a bainha ou os fios, cabos e cordoalhas, sempre superior ao especificado para o elemento de concreto armado, devido aos riscos de corrosão fragilizante sob tensão. ² Para a face superior de lajes e vigas que serão revestidas com argamassa de contrapiso, com revestimentos finais secos tipo carpete e madeira, com argamassa de revestimento e acabamento tais como pisos de elevado desempenho, pisos cerâmicos, pisos asfálticos e outros tantos, as exigências desta tabela podem ser substituídas por 7.4.7.5, respeitando um cobrimento nominal >15mm ³ Nas faces inferiores de lajes e vigas de reservatórios, estações de tratamento de água e esgoto, condutos de esgoto, canaletas de efluentes e outras obras em ambientes química e intensamente agressivo, a armadura deve ter cobrimento nominal > 45mm. 167 ao longo do elemento estrutural possam ter as deformações específicas determinadas no estádio I, desde que os esforços não superem aqueles que dão início à fissuração, e no estádio II, e caso contrário. Deve ser utilizado no cálculo o valos do módulo de elasticidade secante Ecs definido na seção 8, sendo obrigatório a consideração do efeito da fluência. 17.3.2.1.1 Flecha imediata em vigas de concreto armado Para uma avaliação aproximada da flecha imediata em vigas, pode-se utilizar a expressão de rígidez equivalente dada a seguir: (𝐸𝐼)𝑒𝑞 = 𝐸𝑐𝑠 ��𝑀𝑟𝑀𝑎�3 𝐼𝑐 + �1 − �𝑀𝑟𝑀𝑎�3� 𝐼𝐼𝐼� ≤ 𝐸𝑐𝑠𝐼𝑐 Onde: Ic é o momento de inércia da seção bruta de concreto; III é o momento de inércia da seção fissurada de concreto no estádio II, calculado com 𝛼𝑒 = 𝐸𝑠𝐸𝑐𝑠; Ma é o momento fletor na seção crítica do vão considerado, momento máximo no vão para vigas biapoiadas contínuas e momento no apoio para balanços, para a combinação de ações considerada nessa avaliação; Mr é o momento de fissuração do elemento estrutural, cujo valor deve ser reduzido à metade no caso de utilização de barras lisas; Ecs é o modulo de elasticidade secante no concreto. 17.3.2.1.2 Cálculo da flecha diferida no tempo para vigas de concreto armado A flecha adicional diferida, decorrente das cargas de longa duração em função da fluência, pode ser calculada de maneira aproximada pela multiplicação da flecha imediata pelo fator αf dada pela expressão: 𝛼𝑓 = 𝛥𝜀1 + 50𝜌′ Onde: 𝜌′ = 𝐴𝑠′ 𝑏𝑑 𝜀 é um coeficiente função do tempo, que pode ser obtido diretamente na tabela XXX ou ser calculado pelas expressões seguintes: 𝛥𝜀 = 𝜀(𝑡) − 𝜀(𝑡0) 168 𝜀(𝑡) = 0,68(0,966𝑡)𝑡0,32 para t ≤ 70 meses 𝜀(𝑡) = 2 para t>70 meses QUADRO 9 - VALORES DO COEFICIENTE Ɛ Onde: t é o tempo,em meses, quando se deseja o valor da flecha diferida; t0 é a idade, em meses, relativa à data de aplicação da carga de longa duração. No caso de parcelas da carga de longa duração serem aplicadas em idades diferentes, pode-se tomar para t0 o valor ponderado a seguir: 𝑡0 = ΣPit0iΣPi Onde: Pi representa as parcelas de carga; T0i é a idade em que se aplicou cada parcela Pi, em meses. O valor da flecha total deve ser obtido multiplicando a flecha imediata por (1+αf). Tempo (t) meses 0 0,5 1 2 3 4 5 10 20 40 >70 Coeficiente ɛ (t) 0 0,54 0,68 0,84 0,95 1,04 1,12 1,36 1,64 1,89 2 169 ANEXO B DESENHOS 180 ANEXO C C.1. PILARES TABELA 1C – RESULTADOS DE SEÇÃO DE PILARES, OBTIDOS POR MEIO DO PRÉ-DIMENSIONAMENTO. Pilar Área de Influência (m²) PK (KN) σik Tipo do Pilar β ɤn Ac (cm²) Acminimo (cm²) Dimensão do Pilar hadotado (cm) b (cm) a (cm) P1 3,70 139 1 Canto 1,4 1,35 262,2 360 12 30 30 P2 6,01 225 1 Extremidade 1,2 1,35 365,1 365,1075 12 30 30 P3 3,04 114 1 Canto 1,4 1,35 215,5 360 12 30 30 P4 3,04 114 1 Canto 1,4 1,35 215,5 360 12 30 30 P5 6,01 225 1 Extremidade 1,2 1,35 365,1 365,1075 12 30 30 P6 3,70 139 1 Canto 1,4 1,35 262,2 360 12 30 30 P7 7,62 286 1 Interno 1,0 1,35 385,8 385,7625 12 32 35 P8 4,23 159 1 Extremidade 1,2 1,35 257,0 360 12 30 30 P9 4,23 159 1 Extremidade 1,2 1,35 257,0 360 12 30 30 P10 7,62 286 1 Interno 1,0 1,35 385,8 385,7625 12 32 35 P11 5,07 190 1 Canto 1,4 1,35 359,3 360 12 30 30 P12 5,07 190 1 Canto 1,4 1,35 359,3 360 12 30 30 P13 6,56 246 1 Extremidade 1,2 1,35 398,5 398,52 12 33 30 P14 12,00 450 1 Extremidade 1,2 1,15 621,0 621 16 39 42 P15 12,00 450 1 Extremidade 1,2 1,15 621,0 621 16 39 42 P16 6,56 246 1 Extremidade 1,2 1,35 398,5 398,52 12 33 35 P17 9,23 346 1 Extremidade 1,2 1,2 498,4 498,42 15 33 35 P18 6,76 254 1 Extremidade 1,2 1,35 410,7 410,67 12 34 35 P19 6,76 254 1 Extremidade 1,2 1,35 410,7 410,67 12 34 35 P20 9,23 346 1 Extremidade 1,2 1,2 498,4 498,42 15 33 35 P21 5,48 206 1 Extremidade 1,2 1,35 332,9 360 12 30 30 TABELA 1C – RESULTADOS DE SEÇÃO DE PILARES, OBTIDOS POR MEIO DO PRÉ-DIMENSIONAMENTO. 181 Pilar Área de Influência (m²) PK (KN) σik Tipo do Pilar β ɤn Ac (cm²) Acminimo (cm²) Dimensão do Pilar hadotado (cm) b (cm) a (cm) P22 11,28 423 1 Interno 1,0 1,2 507,6 507,6 15 34 35 P23 11,28 423 1 Interno 1,0 1,2 507,6 507,6 15 34 35 P24 5,48 206 1 Extremidade 1,2 1,35 332,9 360 12 30 30 P25 9,23 346 1 Extremidade 1,2 1,2 498,4 498,42 15 33 35 P26 4,78 179 1 Extremidade 1,2 1,35 290,4 360 12 30 30 P27 4,78 179 1 Extremidade 1,2 1,35 290,4 360 12 30 30 P28 9,23 346 1 Extremidade 1,2 1,2 498,4 498,42 15 33 35 P29 6,56 246 1 Extremidade 1,2 1,35 398,5 398,52 12 33 35 P30 12,00 450 1 Extremidade 1,2 1,15 621,0 621 16 39 42 P31 12,00 450 1 Extremidade 1,2 1,15 621,0 621 16 39 42 P32 6,56 246 1 Extremidade 1,2 1,35 398,5 398,52 12 33 35 P33 5,07 190 1 Canto 1,4 1,35 359,3 360 12 30 30 P34 5,07 190 1 Canto 1,4 1,35 359,3 360 12 30 30 P35 7,62 286 1 Interno 1,0 1,35 385,8 385,7625 12 32 35 P36 2,07 78 1 Canto 1,4 1,35 146,7 360 12 30 30 P37 2,07 78 1 Canto 1,4 1,35 146,7 360 12 30 30 P38 7,62 286 1 Interno 1,0 1,35 385,8 385,7625 12 32 35 P39 3,70 139 1 Canto 1,4 1,35 262,2 360 12 30 30 P40 6,01 225 1 Extremidade 1,2 1,35 365,1 365,1075 12 30 30 P41 3,04 114 1 Canto 1,4 1,35 215,5 360 12 30 30 P42 3,04 114 1 Canto 1,4 1,35 215,5 360 12 30 30 P43 6,01 225 1 Extremidade 1,2 1,35 365,1 365,1075 12 30 30 P44 3,70 139 1 Canto 1,4 1,35 262,2 360 12 30 30 182 C.2. VIGAS TABELA 2C – RESULTADOS DO PRÉ-DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS BALDRAME Viga Maior Vão l (cm) Tipo b(cm) h (cm) hadotado (cm) V1 3,85 Contínua l/15 12 26 40 V2 3,85 Contínua l/15 12 26 40 V3 2,35 Simpl. Apoiada l/12 12 20 40 V4 2,35 Simpl. Apoiada l/12 12 20 40 V5 2,55 Contínua l/15 12 17 40 V6 3,95 Simpl. Apoiada l/12 12 33 40 V7 3,95 Simpl. Apoiada l/12 12 33 40 V8 4,15 Simpl. Apoiada l/12 12 35 40 V9 4,15 Simpl. Apoiada l/12 12 35 40 V10 2,55 Contínua l/15 12 17 40 V11 5,90 Contínua l/15 12 40 40 V12 5,90 Contínua l/15 12 40 40 V13 2,55 Contínua l/15 12 17 40 V14 4,15 Simpl. Apoiada l/12 12 35 40 V15 4,15 Simpl. Apoiada l/12 12 35 40 V16 3,95 Simpl. Apoiada l/12 12 33 40 V17 3,95 Simpl. Apoiada l/12 12 33 40 V18 2,35 Contínua l/15 12 16 40 V19 2,35 Contínua l/15 12 16 40 V20 2,35 Simpl. Apoiada l/12 12 20 40 V21 2,35 Simpl. Apoiada l/12 12 20 40 V22 3,85 Contínua l/15 12 26 40 V23 3,85 Contínua l/15 12 26 40 V24 3,55 Contínua l/15 12 24 40 V25 3,55 Simpl. Apoiada l/12 12 30 40 V26 3,55 Simpl. Apoiada l/12 12 30 40 183 TABELA 2C – RESULTADOS DO PRÉ-DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS BALDRAME Viga Maior Vão l (cm) Tipo b(cm) h (cm) hadotado (cm) V27 2,55 Simpl. Apoiada l/12 12 22 40 V28 2,55 Simpl. Apoiada l/12 12 22 40 V29 2,55 Contínua l/15 12 17 40 V30 2,55 Simpl. Apoiada l/12 12 22 40 V31 2,55 Simpl. Apoiada l/12 12 22 40 V32 3,45 Simpl. Apoiada l/12 12 29 40 V33 3,45 Simpl. Apoiada l/12 12 29 40 V34 2,40 Simpl. Apoiada l/12 12 20 40 V35 3,45 Simpl. Apoiada l/12 12 29 40 V36 3,45 Simpl. Apoiada l/12 12 29 40 V37 3,45 Simpl. Apoiada l/12 12 29 40 V38 3,45 Simpl. Apoiada l/12 12 29 40 V39 2,40 Contínua l/15 12 20 40 V40 3,45 Simpl. Apoiada l/12 12 29 40 V41 3,45 Simpl. Apoiada l/12 12 29 40 V42 2,55 Simpl. Apoiada l/12 12 22 40 V43 2,55 Simpl. Apoiada l/12 12 22 40 V44 2,55 Contínua l/15 12 17 40 V45 2,55 Simpl. Apoiada l/12 12 22 40 V46 2,55 Simpl. Apoiada l/12 12 22 40 V47 3,55 Simpl. Apoiada l/12 12 30 40 V48 3,55 Simpl. Apoiada l/12 12 30 40 V49 3,55 Contínua l/15 12 24 40 184 TABELA 3C – PRÉ-DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS DO PAVIMENTO TIPO (3X) VIGA Maior Vão l (cm) Tipo b(cm) h (cm) adotado (cm) V1 3,85 Contínua l/15 12 26 30 V2 2,35 Simpl. Apoiada l/12 12 20 30 V3 2,35 Simpl. Apoiada l/12 12 20 30 V4 3,85 Contínua l/15 12 26 30 V5 2,55 Contínua l/15 12 17 30 V6 2,65 Simpl. Apoiada l/12 12 22 30 V7 2,65 Simpl. Apoiada l/12 12 22 30 V8 4,15 Simpl. Apoiada l/12 12 35 40 V9 4,15 Simpl. Apoiada l/12 12 35 40 V10 2,55 Contínua l/15 12 17 30 V11 4,70 Contínua l/15 12 32 40 V12 4,70 Contínua l/15 12 32 40 V13 2,55 Contínua l/15 12 17 30 V14 4,15 Simpl. Apoiada l/12 12 35 40 V15 4,15 Simpl. Apoiada l/12 12 35 40 V16 2,65 Simpl. Apoiada l/12 12 22 30 V17 2,65 Simpl. Apoiada l/12 12 22 30 V18 2,35 Contínua l/15 12 16 30 V19 2,35 Contínua l/15 12 16 30 V20 3,85 Contínua l/15 12 26 30 V21 2,35 Simpl. Apoiada l/12 12 20 30 V22 2,35 Simpl. Apoiada l/12 12 20 30 V23 3,85 Contínua l/15 12 26 30 V24 3,55 Contínua l/15 12 24 30 V25 3,55 Simpl. Apoiada l/12 12 30 40 V26 2,55 Contínua l/15 12 17 30 V27 3,55 Simpl. Apoiada l/12 12 30 40 V28 2,55 Simpl. Apoiada l/12 12 22 30 V29 2,55 Simpl. Apoiada l/12 12 22 30 185 TABELA 3C – PRÉ-DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS DO PAVIMENTO TIPO (3X) VIGA Maior Vão l (cm) Tipo b(cm) h (cm) adotado (cm) V30 3,45 Contínua l/15 12 23 30 V31 3,45 Simpl. Apoiada l/12 12 29 40 V32 3,45 Simpl. Apoiadal/12 12 29 40 V33 3,45 Simpl. Apoiada l/12 12 29 40 V34 3,45 Simpl. Apoiada l/12 12 29 40 V35 3,45 Contínua l/15 12 23 30 V36 2,55 Simpl. Apoiada l/12 12 22 30 V37 2,55 Simpl. Apoiada l/12 12 22 30 V38 3,55 Simpl. Apoiada l/12 12 30 40 V39 2,55 Contínua l/15 12 17 30 V40 3,55 Simpl. Apoiada l/12 12 30 40 V41 3,55 Contínua l/15 12 24 30 TABELA 4C – PRÉ-DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS DA COBERTURA VIGA Maior Vão l (cm) Tipo b(cm) h (cm) hadotado (cm) V1 3,85 Contínua l/15 12 26 30 V2 2,35 Simpl. Apoiada l/12 12 20 30 V3 2,35 Simpl. Apoiada l/12 12 20 30 V4 3,85 Contínua l/15 12 26 30 V5 2,55 Contínua l/15 12 17 30 V6 2,65 Simpl. Apoiada l/12 12 22 30 V7 2,65 Simpl. Apoiada l/12 12 22 30 V8 4,15 Simpl. Apoiada l/12 12 35 40 V9 4,15 Simpl. Apoiada l/12 12 35 40 V10 2,55 Contínua l/15 12 17 30 V11 4,70 Contínua l/15 12 32 40 V12 4,70 Contínua l/15 12 32 40 V13 2,55 Contínua l/15 12 17 30 V14 4,15 Simpl. Apoiada l/12 12 35 40 186 TABELA 4C – PRÉ-DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS DA COBERTURA V15 4,15 Simpl. Apoiada l/12 12 35 40 V16 2,65 Simpl. Apoiada l/12 12 22 30 V17 2,65 Simpl. Apoiada l/12 12 22 30 V18 2,35 Contínua l/15 12 16 30 V19 2,35 Contínua l/15 12 16 30 V20 3,85 Contínua l/15 12 26 30 V21 2,35 Simpl. Apoiada l/12 12 20 30 V22 2,35 Simpl. Apoiada l/12 12 20 30 V23 3,85 Contínua l/15 12 26 30 V24 3,55 Contínua l/15 12 24 30 V25 3,55 Simpl. Apoiada l/12 12 30 40 V26 2,55 Contínua l/15 12 17 30 V27 3,55 Simpl. Apoiada l/12 12 30 40 V28 2,55 Simpl. Apoiada l/12 12 22 30 V29 2,55 Simpl. Apoiada l/12 12 22 30 V30 3,45 Contínua l/15 12 23 30 V31 3,45 Simpl. Apoiada l/12 12 29 40 V32 3,45 Simpl. Apoiada l/12 12 29 40 V33 3,45 Simpl. Apoiada l/12 12 29 40 V34 3,45 Simpl. Apoiada l/12 12 29 40 V35 3,45 Contínua l/15 12 23 30 V36 2,55 Simpl. Apoiada l/12 12 22 30 V37 2,55 Simpl. Apoiada l/12 12 22 30 V38 3,55 Simpl. Apoiada l/12 12 30 40 V39 2,55 Contínua l/15 12 17 30 V40 3,55 Simpl. Apoiada l/12 12 30 40 V41 3,55 Contínua l/15 12 24 30 187 C.3. LAJES TABELA 5C – PRÉ-DIMENSIONAMENTO DAS LAJES PAVIMENTO TIPO Laje α=2,33 n lx ly 0,7ly Menor d (cm) h =adotado(cm) L1 2,33 2 3,55 3,85 2,70 2,70 6 8 L2 2,33 3 2,55 2,65 1,86 1,86 4 8 L3 2,33 2 1,20 2,35 1,65 1,65 4 8 L4 2,33 2 1,20 2,35 1,65 1,65 4 8 L5 2,33 3 2,55 2,65 1,86 1,86 4 8 L6 2,33 2 3,55 3,85 2,70 2,70 6 8 L7 2,33 3 2,55 4,15 2,91 2,91 6 8 L8 2,33 4 4,70 4,60 3,22 3,22 6 8 L9 2,33 2 2,15 3,45 2,42 2,15 5 8 L10 2,33 2 2,15 3,45 2,42 2,15 5 8 L11 2,33 4 4,70 4,60 3,22 3,22 6 8 L12 2,33 3 2,55 4,15 2,91 2,91 6 8 L13 2,33 4 2,30 6,85 4,80 2,30 4 8 L14 2,33 3 2,55 4,15 2,91 2,91 6 8 L15 2,33 4 4,70 4,60 3,22 3,22 6 8 L16 2,33 2 2,15 3,45 2,42 2,15 5 8 L17 2,33 2 2,15 3,45 2,42 2,15 5 8 L18 2,33 4 4,70 4,60 3,22 3,22 6 8 L19 2,33 3 2,55 4,15 2,91 2,91 6 8 L20 2,33 2 3,55 3,85 2,70 2,70 6 8 L21 2,33 3 2,55 2,65 1,86 1,86 4 8 L22 2,33 2 1,20 2,35 1,65 1,65 4 8 L23 2,33 2 1,20 2,35 1,65 1,65 4 8 L24 2,33 3 2,55 2,65 1,86 1,86 4 8 L25 2,33 2 3,55 3,85 2,70 2,70 6 8 188 TABELA 6C - LAJES DA COBERTURA Laje α=2,33 n lx ly 0,7ly Menor d (cm) h =adotado(cm) L1 2,33 2 3,55 3,85 2,70 2,70 6 8 L2 2,33 3 2,55 2,65 1,86 1,86 4 8 L3 2,33 2 1,20 2,35 1,65 1,65 4 8 L4 2,33 2 1,20 2,35 1,65 1,65 4 8 L5 2,33 3 2,55 2,65 1,86 1,86 4 8 L6 2,33 2 3,55 3,85 2,70 2,70 6 8 L7 2,33 3 2,55 4,15 2,91 2,91 6 8 L8 2,33 4 4,70 4,60 3,22 3,22 6 8 L9 2,33 2 2,15 3,45 2,42 2,15 5 8 L10 2,33 2 2,15 3,45 2,42 2,15 5 8 L11 2,33 4 4,70 4,60 3,22 3,22 6 8 L12 2,33 3 2,55 4,15 2,91 2,91 6 8 L13 2,33 4 2,30 6,85 4,80 2,30 4 8 L14 2,33 3 2,55 4,15 2,91 2,91 6 8 L15 2,33 4 4,70 4,60 3,22 3,22 6 8 L16 2,33 2 2,15 3,45 2,42 2,15 5 8 L17 2,33 2 2,15 3,45 2,42 2,15 5 8 L18 2,33 4 4,70 4,60 3,22 3,22 6 8 L19 2,33 3 2,55 4,15 2,91 2,91 6 8 L20 2,33 2 3,55 3,85 2,70 2,70 6 8 L21 2,33 3 2,55 2,65 1,86 1,86 4 8 L22 2,33 2 1,20 2,35 1,65 1,65 4 8 L23 2,33 2 1,20 2,35 1,65 1,65 4 8 L24 2,33 3 2,55 2,65 1,86 1,86 4 8 L25 2,33 2 3,55 3,85 2,70 2,70 6 8 189 ANEXO D 190 TABELA 1D – CARGAS DISTRIBUÍDAS POR ÁREAS DE INFLUÊNCIA – COBERTURA Laj e Carga Permanent e (tf/m²) Carga Acidenta l (tf/m²) Area (m²) Comprimento do Trecho (m) Permanente na Laje (tf/m) Acidental (tf/m) Platibanda (tf/m) Permanente Sobre a Viga (tf/m) TOTAL (tf/m) L1 0,32 0,15 A1 2,70 3,85 0,22 0,11 0,35 0,57 0,68 A2 2,31 3,55 0,21 0,10 0,35 0,56 0,66 A3 3,99 3,55 0,36 0,17 0 0,36 0,53 A4 4,67 3,85 0,39 0,18 0 0,39 0,57 L2 0,32 0,15 A1 1,01 2,65 0,12 0,06 0,35 0,47 0,53 A2 1,99 2,55 0,25 0,12 0 0,25 0,37 A3 1,99 2,55 0,25 0,12 0 0,25 0,37 A4 1,76 2,65 0,21 0,10 0 0,21 0,31 L3 0,32 0,15 A1 0,77 2,35 0,10 0,05 0,35 0,45 0,50 A2 0,46 1,2 0,12 0,06 0 0,12 0,18 A3 0,26 1,2 0,07 0,03 0,35 0,42 0,45 A4 1,33 2,35 0,18 0,08 0 0,18 0,27 L7 0,32 0,15 A1 4,01 4,15 0,31 0,14 0 0,31 0,45 A2 0,94 2,55 0,12 0,06 0,35 0,47 0,52 A3 1,63 2,55 0,20 0,10 0 0,20 0,30 A4 4,01 4,15 0,31 0,14 0 0,31 0,45 191 TABELA 1D – CARGAS DISTRIBUÍDAS POR ÁREAS DE INFLUÊNCIA – COBERTURA Laje Carga Permanent e (tf/m²) Carga Acidental (tf/m²) Area (m²) Comprimento do Trecho (m) Permanente na Laje (tf/m) Acidental (tf/m) Platibanda (tf/m) Permanente Sobre a Viga (tf/m) TOTAL (tf/m) L8 0,32 0,15 A1 1,38 2,35 0,19 0,09 0 0,19 0,28 A2 1,23 1,05 0,38 0,18 0 0,38 0,55 A3 3,96 2,65 0,48 0,22 0 0,48 0,70 A4 4,38 4,6 0,31 0,14 0 0,31 0,45 A5 0,25 1 0,08 0,04 0 0,08 0,12 A6 0,15 0,3 0,16 0,08 0 0,16 0,24 A7 2,90 2,55 0,36 0,17 0 0,36 0,53 A8 5,19 4,7 0,35 0,17 0 0,35 0,52 L9 0,32 0,15 A1 0,67 2,15 0,10 0,05 0,35 0,45 0,50 A2 2,80 3,45 0,26 0,12 0 0,26 0,38 A3 2,80 3,45 0,26 0,12 0 0,26 0,38 A4 1,16 2,15 0,17 0,08 0 0,17 0,25 L13 0,32 0,15 A1 5,59 6,85 0,26 0,12 0 0,26 0,38 A2 2,29 2,3 0,32 0,15 0 0,32 0,47 A3 2,29 2,3 0,32 0,15 0 0,32 0,47 A4 5,59 6,85 0,26 0,12 0 0,26 0,38 LE 0,32 0,15 A1 0,94 2,55 0,12 0,06 0,35 0,47 0,52 A2 3,12 3,45 0,29 0,14 0 0,29 0,42 A3 3,12 3,45 0,29 0,14 0 0,29 0,42 A4 1,63 2,55 0,20 0,10 0 0,20 0,30 192 TABELA 1D – CARGAS DISTRIBUÍDAS POR ÁREAS DE INFLUÊNCIA – COBERTURA Laje Carga Permanent e (tf/m²) Carga Acidental (tf/m²) Area (m²) Comprimento do Trecho (m) Permanente na Laje (tf/m) Acidental (tf/m) Platibanda (tf/m) Permanente Sobre a Viga (tf/m) TOTAL (tf/m) L16 0,32 0,15 A1 0,85 2,15 0,13 0,06 0,35 0,48 0,53 A2 3,24 3,45 0,30 0,14 0 0,30 0,44 A3 1,87 3,45 0,17 0,08 0,35 0,52 0,60 A4 1,47 2,15 0,22 0,10 0 0,22 0,32 193 TABELA 2D – CARGAS DISTRIBUÍDAS POR ÁREAS DE INFLUÊNCIA – PAVIMENTO TIPO Laje Carga Permanente atuante na Laje (tf/m²) Carga Acidental Atuante (tf/m²) Area de Influencia (m²) Comprimento do Trecho (m) Permanente na laje (tf/m) Acidental na laje (tf/m) Total (tf/m) L1 0,502 0,2 A1 2,70 3,85 0,35 0,14 0,49 0,502 0,2 A2 2,31 3,55 0,33 0,13 0,46 0,502 0,2 A3 3,99 3,55 0,56 0,23 0,79 0,502 0,2 A4 4,67 3,85 0,61 0,24 0,85 L2 0,290 0,2 A1 1,01 2,65 0,11 0,08 0,19 0,2900,2 A2 1,99 2,55 0,23 0,16 0,38 0,290 0,2 A3 1,99 2,55 0,23 0,16 0,38 0,290 0,2 A4 1,76 2,65 0,19 0,13 0,32 L3 0,300 0,2 A1 0,77 2,35 0,10 0,07 0,16 0,300 0,2 A2 0,46 1,2 0,11 0,08 0,19 0,300 0,2 A3 0,26 1,2 0,07 0,04 0,11 0,300 0,2 A4 1,33 2,35 0,17 0,11 0,28 L7 0,290 0,2 A1 4,01 4,15 0,28 0,19 0,47 0,290 0,2 A2 0,94 2,55 0,11 0,07 0,18 0,290 0,2 A3 1,63 2,55 0,18 0,13 0,31 0,290 0,2 A4 4,01 4,15 0,28 0,19 0,47 194 TABELA 2D – CARGAS DISTRIBUÍDAS POR ÁREAS DE INFLUÊNCIA – PAVIMENTO TIPO Laje Carga Permanente atuante na Laje (tf/m²) Carga Acidental Atuante (tf/m²) Area de Influencia (m²) Comprimento do Trecho (m) Permanente na laje (tf/m) Acidental na laje (tf/m) Total (tf/m) L8 0,290 0,2 A1 1,38 2,35 0,17 0,12 0,29 0,290 0,2 A2 1,23 1,05 0,34 0,24 0,58 0,290 0,2 A3 3,96 2,65 0,43 0,30 0,73 0,290 0,2 A4 4,38 4,6 0,28 0,19 0,47 0,290 0,2 A5 0,25 1 0,07 0,05 0,12 0,290 0,2 A6 0,15 0,3 0,15 0,10 0,25 0,290 0,2 A7 2,90 2,55 0,33 0,23 0,56 0,290 0,2 A8 5,19 4,7 0,32 0,22 0,54 L9 0,300 0,2 A1 0,85 2,15 0,12 0,08 0,20 0,300 0,2 A2 3,24 3,45 0,28 0,19 0,47 0,300 0,2 A3 1,87 3,45 0,16 0,11 0,27 0,300 0,2 A4 1,47 2,15 0,20 0,14 0,34 L13 0,504 0,2 A1 5,59 6,85 0,41 0,16 0,57 0,504 0,2 A2 2,29 2,3 0,50 0,20 0,70 0,504 0,2 A3 2,29 2,3 0,50 0,20 0,70 0,504 0,2 A4 5,59 6,85 0,41 0,16 0,57 195 TABELA 3D – CARGAS DISTRIBUÍDAS SOBRE AS VIGAS – COBERTURA Viga Trecho Comprimento (m) Carga Permanente (tf/m) Carga Permanente x Comprimento ( tf) Carga Acidental (tf/m) Carga Acidental x Comprimento ( tf) Carga (tf/m) V1 a 3,85 0,57 2,21 0,11 0,40 0,68 b 2,65 0,47 1,25 0,06 0,15 0,53 V2 a 2,35 0,45 1,07 0,05 0,12 0,50 V5 a 2,35 0,37 0,87 0,17 0,41 0,54 b 2,15 0,45 0,97 0,05 0,10 0,50 c 2,55 0,47 1,19 0,06 0,14 0,52 d 2,15 0,45 0,97 0,05 0,10 0,42 e 2,35 0,37 0,87 0,17 0,41 0,54 V6 a 2,65 0,69 1,83 0,32 0,86 1,01 V8 a 3,85 0,70 2,68 0,33 1,26 1,02 V10 a 2,15 0,43 0,93 0,20 0,44 0,64 b 2,55 0,46 1,19 0,22 0,56 0,68 c 2,15 0,43 0,93 0,20 0,44 0,64 V11 a 4,15 0,62 2,57 0,29 1,20 0,91 b 4,7 0,71 3,32 0,33 1,56 1,04 V13 a 2,15 0,48 1,03 0,22 0,48 0,70 b 2,55 0,61 1,56 0,12 0,31 0,73 c 2,15 0,48 1,03 0,22 0,48 0,70 V18 a 2,35 0,37 0,87 0,17 0,41 0,54 b 2,15 0,48 1,02 0,06 0,13 0,53 V24 c 2,55 0,47 1,19 0,06 0,14 0,52 d 3,55 0,56 1,98 0,10 0,35 0,66 196 TABELA 3D – CARGAS DISTRIBUÍDAS SOBRE AS VIGAS – COBERTURA Viga Trecho Comprimento (m) Carga Permanente (tf/m) Carga Permanente x Comprimento ( tf) Carga Acidental (tf/m) Carga Acidental x Comprimento ( tf) Carga (tf/m) V26 a 2,55 0,57 1,45 0,27 0,68 0,83 b 2,55 0,57 1,45 0,27 0,68 0,83 V27 a 1 0,60 0,60 0,28 0,28 0,88 b 2,55 0,61 1,56 0,29 0,73 0,90 V29 a 1,05 0,63 0,66 0,29 0,31 0,92 b 1,5 0,37 0,56 0,17 0,26 0,55 V30 a 1,2 0,42 0,50 0,03 0,04 0,45 b 3,45 0,61 2,09 0,28 0,98 0,89 c 2,3 0,62 1,43 0,29 0,67 0,92 d 3,45 0,56 1,95 0,26 0,91 0,83 e 1,2 0,42 0,50 0,03 0,04 0,45 V31 a 3,45 0,52 1,81 0,08 0,28 0,60 V32 a 3,45 0,55 1,89 0,26 0,89 0,81 197 TABELA 4D – CARGAS DISTRIBUÍDAS SOBRE AS VIGAS – PAVIMENTO TIPO Viga Trecho Compriment o do trecho (m) Carga Permanent e (tf/m) Parede (tf/m) Carga PermxCompriment o (tf) Escada (tf/m) Carga Acidental (tf/m) Carga AcidxCompriment o (tf) Total (tf/m) V1 a 3,850 0,35 0,55 3,47 0,00 0,14 0,54 1,04 b 2,650 0,11 0,55 1,75 0,00 0,08 0,20 0,74 V2 a 2,350 0,10 0,55 1,52 0,00 0,07 0,15 0,71 V5 a 2,350 0,34 0,55 2,09 0,00 0,23 0,54 1,12 b 2,150 0,12 0,55 1,44 0,00 0,08 0,17 0,75 c 2,550 0,00 1,31 3,34 0,43 0,00 1,10 1,74 d 2,150 0,12 0,55 1,44 0,00 0,08 0,17 0,75 e 2,350 0,34 0,55 2,09 0,00 0,23 0,54 1,12 V6 a 2,650 0,63 0,55 3,12 0,00 0,43 1,14 1,61 V8 a 3,850 0,89 0,55 5,54 0,00 0,44 1,68 1,87 V10 a 2,150 0,62 0,55 2,51 0,00 0,30 0,64 1,46 b 2,550 0,41 0,76 2,99 0,43 0,16 1,51 1,76 c 2,150 0,62 0,55 2,51 0,00 0,30 0,64 1,46 V11 a 4,150 0,56 0,53 4,52 0,00 0,39 1,60 1,47 b 4,700 0,64 0,53 5,49 0,00 0,44 2,08 1,61 V13 a 2,150 0,62 0,55 2,51 0,00 0,30 0,64 1,46 b 2,550 0,41 0,55 2,45 0,00 0,16 0,42 1,12 c 2,150 0,62 0,55 2,51 0,00 0,30 0,64 1,46 V18 a 2,350 0,34 0,55 2,09 0,00 0,23 0,54 1,12 b 2,150 0,12 0,55 1,44 0,00 0,08 0,17 0,75 V24 c 2,550 0,11 0,55 1,67 0,00 0,07 0,19 0,73 d 3,550 0,33 0,55 3,11 0,00 0,13 0,46 1,01 198 TABELA 4D – CARGAS DISTRIBUÍDAS SOBRE AS VIGAS – PAVIMENTO TIPO Viga Trecho Compriment o do trecho (m) Carga Permanent e (tf/m) Parede (tf/m) Carga PermxCompriment o (tf) Escada (tf/m) Carga Acidental (tf/m) Carga AcidxCompriment o (tf) Total (tf/m) V26 a 2,550 0,51 0,55 2,72 0,00 0,36 0,91 1,42 b 2,550 0,51 0,55 2,72 0,00 0,36 0,91 1,42 V27 a 1,000 0,78 0,53 1,31 0,00 0,38 0,38 1,69 b 2,550 0,79 0,53 3,37 0,00 0,38 0,97 1,70 V29 a 1,050 0,57 0,55 1,17 0,00 0,39 0,41 1,51 b 1,500 0,34 0,55 1,34 0,00 0,23 0,35 1,12 V30 a 1,200 0,07 0,55 0,74 0,00 0,04 0,05 0,66 b 3,450 0,56 0,55 3,82 0,00 0,38 1,31 1,49 c 2,300 0,78 0,55 3,06 0,00 0,39 0,90 1,72 d 3,450 0,56 0,55 3,82 0,00 0,38 1,31 1,49 e 1,200 0,07 0,55 0,74 0,00 0,04 0,05 0,66 V32 a 3,450 0,16 0,53 2,38 0,00 0,11 0,37 0,80 199 TABELA 5D – CARGA TOTAL PAVIMENTO – COBERTURA Viga Trecho Comprimento (m) a (cm) b (cm) Peso (tf) Carga Lajes (tf) Total (tf) Fator Total (tf) V1 a 3,85 0,12 0,3 0,347 2,615 2,961 4 11,845 b 2,65 0,12 0,3 0,239 1,404 1,642 4 6,570 V2 a 2,35 0,12 0,3 0,212 1,184 1,395 4 5,581 V5 a 2,35 0,12 0,3 0,212 1,275 1,486 1 1,486 b 2,15 0,12 0,3 0,194 1,066 1,260 1 1,260 c 2,55 0,12 0,3 0,230 1,334 1,563 1 1,563 d 2,15 0,12 0,3 0,194 1,066 1,260 1 1,260 e 2,35 0,12 0,3 0,212 1,275 1,486 1 1,486 V6 a 2,65 0,12 0,3 0,239 2,687 2,925 4 11,702 V8 a 3,85 0,12 0,4 0,462 3,943 4,405 4 17,620 V10 a 2,15 0,12 0,3 0,194 1,367 1,561 1 1,561 b 2,55 0,12 0,3 0,230 1,742 1,971 1 1,971 c 2,15 0,12 0,3 0,194 1,367 1,561 1 1,561 V11 a 4,15 0,12 0,4 0,498 3,769 4,267 2 8,533 b 4,7 0,12 0,4 0,564 4,880 5,444 2 10,889 V13 a 2,15 0,12 0,3 0,194 1,513 1,706 1 1,706 b 2,55 0,12 0,3 0,230 1,870 2,099 1 2,099 c 2,15 0,12 0,3 0,194 1,513 1,706 1 1,706 200 TABELA 5D – CARGA TOTAL PAVIMENTO – COBERTURA Viga Trecho Comprimento (m) a (cm) b (cm) Peso (tf) Carga Lajes (tf) Total (tf) Fator Total (tf) V18 a 2,35 0,12 0,3 0,212 1,275 1,486 2 2,972 b 2,15 0,12 0,3 0,194 1,150 1,344 2 2,687 V24 c 2,55 0,12 0,3 0,230 1,334 1,563 4 6,252 d 3,55 0,12 0,3 0,320 2,327 2,646 4 10,584 V26 a 2,55 0,12 0,3 0,230 2,127 2,357 2 4,714 b 2,55 0,12 0,3 0,230 2,127 2,357 2 4,714 V27 a 1 0,12 0,4 0,120 0,881 1,001 4 4,006 b 2,55 0,12 0,4 0,306 2,286 2,592 4 10,368 V29 a 1,05 0,12 0,3 0,095 0,966 1,060 4 4,241 b 1,5 0,12 0,3 0,135 0,819 0,954 4 3,818 V30 a 1,2 0,12 0,3 0,108 0,544 0,652 2 1,304 b 3,45 0,12 0,3 0,311 3,067 3,377 2 6,755 c 2,3 0,12 0,3 0,207 2,107 2,314 2 4,628 d 3,45 0,12 0,3 0,311 2,860 3,171 2 6,341 e 1,2 0,12 0,3 0,108 0,544 0,652 2 1,304 V31 a 3,45 0,12 0,4 0,414 2,086 2,500 2 5,000 V32 a 3,45 0,12 0,4 0,414 2,780 3,194 2 6,387 Total (tf) 176,4732 201 TABELA 6D – CARGA TOTAL PAVIMENTO – PAVIMENTO TIPO Viga Trecho Comprimento (m) a (m) b (m) peso (tf) Carga Lajes (tf) Total (tf) Fator Total (tf) V1 a 3,85 0,12 0,3 0,347 4,010 4,357 4 17,43 b 2,65 0,12 0,3 0,239 1,9542,193 4 8,77 V2 a 2,35 0,12 0,3 0,212 1,677 1,888 4 7,55 V5 a 2,35 0,12 0,3 0,212 2,635 2,846 1 2,85 b 2,15 0,12 0,3 0,194 1,605 1,799 1 1,80 c 2,55 0,12 0,3 0,230 4,437 4,667 1 4,67 d 2,15 0,12 0,3 0,194 1,605 1,799 1 1,80 e 2,35 0,12 0,3 0,212 2,635 2,846 1 2,85 V6 a 2,65 0,12 0,3 0,239 4,259 4,497 4 17,99 V8 a 3,85 0,12 0,4 0,462 7,218 7,680 4 30,72 V10 a 2,15 0,12 0,3 0,194 3,150 3,343 1 3,34 b 2,55 0,12 0,3 0,230 4,499 4,728 1 4,73 c 2,15 0,12 0,3 0,194 3,150 3,343 1 3,34 V11 a 4,15 0,12 0,3 0,374 6,120 6,494 2 12,99 b 4,7 0,12 0,3 0,423 7,570 7,993 2 15,99 V13 a 2,15 0,12 0,3 0,194 3,150 3,343 1 3,34 b 2,55 0,12 0,3 0,230 2,867 3,096 1 3,10 c 2,15 0,12 0,3 0,194 3,150 3,343 1 3,34 V18 a 2,35 0,12 0,3 0,212 2,635 2,846 2 5,69 b 2,15 0,12 0,3 0,194 1,605 1,799 2 3,60 V24 c 2,55 0,12 0,3 0,230 1,862 2,092 4 8,37 d 3,55 0,12 0,3 0,320 3,572 3,891 4 15,56 202 TABELA 6D – CARGA TOTAL PAVIMENTO – PAVIMENTO TIPO Viga Trecho Comprimento (m) a (m) b (m) peso (tf) Carga Lajes (tf) Total (tf) Fator Total (tf) V26 a 2,55 0,12 0,3 0,230 3,620 3,850 2 7,70 b 2,55 0,12 0,3 0,230 3,620 3,850 2 7,70 V27 a 1 0,12 0,4 0,120 1,685 1,805 4 7,22 b 2,55 0,12 0,4 0,306 4,338 4,644 4 18,58 V29 a 1,05 0,12 0,3 0,095 1,584 1,679 4 6,72 b 1,5 0,12 0,3 0,135 1,685 1,820 4 7,28 V30 a 1,2 0,12 0,3 0,108 0,792 0,900 2 1,80 b 3,45 0,12 0,3 0,311 5,127 5,438 2 10,88 c 2,3 0,12 0,3 0,207 3,952 4,159 2 8,32 d 3,45 0,12 0,3 0,311 5,127 5,438 2 10,88 e 1,2 0,12 0,3 0,108 0,792 0,900 2 1,80 V32 a 3,45 0,12 0,4 0,414 2,756 3,170 4 12,68 Total 281,35 203 TABELA 7D – CARGA TOTAL PAVIMENTO – BALDRAME Viga Techo Comprimento (m) a (m) b (m) Parede (tf/m) Carga Total (tf) Fator Carga Total (tf) V1 a 2,58 0,12 0,4 0,55 1,7286 4 6,9144 a.1 1,27 0,12 0,4 0,55 0,8509 3,4036 b 2,65 0,12 0,4 0,55 1,7755 7,102 V3 a 2,35 0,12 0,4 0,55 1,5745 4 6,298 V5 a 2,35 0,12 0,4 0,55 1,5745 1 1,5745 b 2,15 0,12 0,4 0,55 1,4405 1,4405 c 2,55 0,12 0,4 1,69 4,6155 4,6155 d 2,15 0,12 0,4 0,55 1,4405 1,4405 e 2,35 0,12 0,4 0,55 1,5745 1,5745 V6 a 1,27 0,12 0,4 0,55 0,8509 4 3,4036 b 2,65 0,12 0,4 0,55 1,7755 7,102 V8 a 2,58 0,12 0,4 0,55 1,7286 4 6,9144 b 1,57 0,12 0,4 0,55 1,0519 4,2076 V10 a 2,15 0,12 0,4 0,55 1,4405 2 2,881 b 2,55 0,12 0,4 1,19 3,3405 6,681 c 2,15 0,12 0,4 0,55 1,4405 2,881 V11 a 4,15 0,12 0,4 0,55 2,7805 2 5,561 b 5,9 0,12 0,4 0,55 3,953 7,906 V18 a 2,35 0,12 0,4 0,55 1,5745 2 3,149 b 2,15 0,12 0,4 0,55 1,4405 2,881 V24 c 2,55 0,12 0,4 0,55 1,7085 4 6,834 d 3,55 0,12 0,4 0,55 2,3785 9,514 V26 a 1 0,12 0,4 0,55 0,67 4 2,68 b 2,55 0,12 0,4 0,55 1,7085 6,834 204 TABELA 7D – CARGA TOTAL PAVIMENTO – BALDRAME Viga Techo Comprimento (m) a (m) b (m) Parede (tf/m) Carga Total (tf) Fator Carga Total (tf) V28 a 2,55 0,12 0,4 0,55 1,7085 4 6,834 V29 a 2,55 0,12 0,4 0,55 1,7085 2 3,417 b 2,55 0,12 0,4 0,55 1,7085 3,417 V31 a 2,55 0,12 0,4 0,55 1,7085 4 6,834 V33 a 3,45 0,12 0,4 0,55 2,3115 4 9,246 b 1,2 0,12 0,4 0,55 0,804 3,216 V34 a 2,3 0,12 0,4 0,55 1,541 2 3,082 V36 a 3,45 0,12 0,4 0,55 2,3115 4 9,246 Total (tf) 159,0851 205 TABELA 8D – CARGA NOS PILARES – COBERTURA Pilares Carga (tf) Fator Total (tf) P1 2,80 4 11,21 P2 4,51 4 18,04 P3 2,83 4 11,33 P7 4,31 2 8,62 P8 3,01 2 6,02 P11 2,91 4 11,63 P13 4,31 4 17,23 P14 6,23 4 24,91 P17 4,88 2 9,77 P18 3,36 2 6,73 P21 3,70 2 7,39 P22 7,21 2 14,42 P25 5,06 2 10,12 P26 3,15 2 6,31 P35 4,45 2 8,91 P36 1,92 2 3,84 Total 44 176,47 TABELA 9D – CARGA NOS PILARES – COBERTURA Pilar Carga Fator Toral P1 4,123931 4 16,5 P2 7,13283 4 28,5 P3 4,375952 4 17,5 P7 6,885453 4 27,5 P8 4,817798 2 9,6 P11 4,835221 4 19,3 P13 6,831663 4 27,3 P14 10,60501 4 42,4 P17 8,468052 4 33,9 P18 5,620702 2 11,2 P21 5,33873 2 10,7 P22 11,09302 2 22,2 P26 4,804702 2 9,6 P36 2,484548 2 5,0 Total 44 281,4 206 TABELA 10D – CARGA NOS PILARES – BALDRAME Pilar Carga (tf) Fator Total (tf) P1 3,007 4 12,03 P2 4,105 4 16,42 P3 2,853 4 11,41 P7 4,255 4 17,02 P8 4,184 2 8,37 P11 3,333 4 13,33 P13 4,282 4 17,13 P14 3,638 4 14,55 P17 2,755 4 11,02 P18 4,426 4 17,70 P21 3,099 2 6,20 P22 5,075 2 10,15 P36 1,876 2 3,75 Total 44 159,09 TABELA 11D - PESO PRÓPRIO DOS PILARES Pilar b (m) h (m) Altura(m) Peso (tf) P1 0,15 0,30 9,6 1,08 P2 0,15 0,30 9,6 1,08 P3 0,15 0,42 9,6 1,512 P4 0,15 0,42 9,6 1,512 P5 0,15 0,30 9,6 1,08 P6 0,15 0,30 9,6 1,08 P7 0,15 0,37 9,6 1,332 P8 0,15 0,30 9,6 1,08 P9 0,15 0,30 9,6 1,08 P10 0,15 0,37 9,6 1,332 P11 0,15 0,30 9,6 1,08 P12 0,15 0,30 9,6 1,08 P13 0,15 0,35 9,6 1,26 P14 0,16 0,42 9,6 1,6128 P15 0,16 0,42 9,6 1,6128 P16 0,15 0,35 9,6 1,26 P17 0,15 0,35 9,6 1,26 P18 0,15 0,35 9,6 1,26 P19 0,15 0,35 9,6 1,26 P20 0,15 0,35 9,6 1,26 P21 0,15 0,30 9,6 1,08 P22 0,15 0,35 9,6 1,26 P23 0,15 0,35 9,6 1,26 207 TABELA 11D – PESO PRÓPRIO DOS PILARES Pilar b (m) h (m) Altura(m) Peso (tf) P24 0,15 0,30 9,6 1,08 P25 0,15 0,35 9,6 1,26 P26 0,15 0,30 9,6 1,08 P27 0,15 0,30 9,6 1,08 P28 0,15 0,35 9,6 1,26 P29 0,15 0,35 9,6 1,26 P30 0,16 0,42 9,6 1,6128 P31 0,16 0,42 9,6 1,6128 P32 0,15 0,35 9,6 1,26 P33 0,15 0,30 9,6 1,08 P34 0,15 0,30 9,6 1,08 P35 0,15 0,37 9,6 1,332 P36 0,15 0,30 9,6 1,08 P37 0,15 0,30 9,6 1,08 P38 0,15 0,37 9,6 1,332 P39 0,15 0,30 9,6 1,08 P40 0,15 0,30 9,6 1,08 P41 0,15 0,42 9,6 1,512 P42 0,15 0,42 9,6 1,512 P43 0,15 0,30 9,6 1,08 P44 0,15 0,30 9,6 1,08 total (tf) 54,5472 1Universidade Federal do Paraná ANALISE COMPARATIVA DE RESULTADOS OBTIDOS EM SOFTWARES DE DIMENSIONAMENTO DE ESTRUTURAS EM CONCRETO Juliano A. Vergutz Ricardo Custódio Prof. Dr Orientador.: Claudio Luiz Curotto UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ TFC 047 – TRABALHO FINAL DE CURSO Metodologia de Apresentação • Introdução • Análise Estruturais • Modelos Estruturais • Combinações e Carregamentos • Descrição dos Programas • Característica do Edifício • Pré-dimensionamento • Planilha Eletrônica • Resultados Obtidos • Conclusão • Referências 2 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil 3 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil Introdução O cálculo estrutural Programas de Cálculo • Produtividade • Maior número de considerações • Flexibilidade nas mudanças Justificativa • Compreender as atividades existentes na elaboração de um projeto estrutural • Observar possíveis diferenças entre os programas de cálculo estrutural, nas análises, resultados de esforços e consumo de materiais Fonte: TQS informática (2010) Análise Estruturais • Análise Linear; • Análise não Linear; • Análise Linear com Redistribuição; • Análise Plástica; • Análise Através de Modelos Físicos; 4 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil Análises Estruturais Análise Linear 5 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil • Materiais assumem comportamento elástico-linear • A resposta da estrutura tem um comportamento proporcional ao acréscimo de cargas Fonte: KIMURA (2007) Análises Estruturais Análise não Linear 6 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil • A resposta da estrutura tem um comportamento desproporcional ao acréscimo de cargas • não linearidade física • não linearidade geométrica Fonte: KIMURA (2007) Análises Estruturais Análise não linear 7 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil pode ser simulada de formaaproximada pela correção da rigidez da estrutura • não linearidade física: as propriedades dos materiais se alteram conforme o carregamento for aplicado Diagrama Tensão-Deformação Aço AUTOR: NBR 6118 (2003) Diagrama Tensão-Deformação Concreto AUTOR: NBR 6118 (2003) Análises Estruturais Análise não Linear 8 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil efeitos de 2ª ordem AUTOR: TQS INFORMÁTICA • não linearidade geométrica: Gera uma resposta não linear por parte da estrutura, devido as deformações a medida que o carregamento é aplicado Análises Estruturais Análise Linear com Redistribuição 9 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil • esforços migram das regiões menos rígidas para as mais rígidas • fissuração (estádio II), provoca um remanejamento dos esforços solicitantes, para regiões de maior rigidez Análises Estruturais Análise Plástica 10 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil • concreto armado trabalha na iminência de ruptura (escoamento da armadura) fase posterior a análise não linear de seu diagrama tensão-deformação • comportamento elasto-plástico perfeito (determinação adequada do valor de carga máxima solicitante) Análises Estruturais Análise Através de Modelos Físicos 11 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil • modelos físicos de concreto em escala reduzida ou real AUTOR: TERRA (2010) AUTOR: IPT (2010) Modelos Estruturais • Viga Contínua • Pórticos Planos • Pórticos Espaciais • Modelo de Grelhas 12 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil 13 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil Modelos Estruturais Viga Contínua • Modelo simplificado de cálculo • Elementos analisados isoladamente • Apoios indeslocáveis • As vezes conduz a esforços superestimados 14 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil Modelos Estruturais Pórticos Planos • Barras coplanares • Nós de barras com 3 graus de liberdade • Lajes previamente calculadas Fonte: KIMURA (2007) Fonte: KIMURA (2007) 15 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil Modelos Estruturais Pórticos Espaciais • Barras distribuídas no espaço • Nós das barras com 6 graus de liberdade • Consideração de torção • Cálculo associado com a laje Fonte: KIMURA (2007) Fonte: KIMURA (2007) 16 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil Modelos Estruturais Modelo de Grelhas • Consideração de cargas verticais • Idealização da placa de laje por uma malha de barras (vigas) • Transferência de esforços para vigas = f(EI) barras Fonte: KIMURA (2007) Combinações e Carregamentos Tipos de carregamentos • Permanentes (NBR 6120) • Acidentais (NBR6120) Tipos de combinações – ELU • Comb. Normais – ELS • Comb. Frequente Redução de cargas acidentais – Função do uso da edificação, número da pavimentos atuantes sobre o elemento – Redução em até 60% (mais que 6 pisos) Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil 17 Fonte: Marino (2006) Descrição dos Programas Características dos programas • EBERICK – Pórtico espacial, grelhas – Sem alternância de carga – Materiais com comportamento linear • TQS – Não linearidade física e geométrica – Análise dinâmica – Pode fazer alternância de cargas • CYPECAD – Não linearidade física e geométrica – Análise dinâmica – Pode fazer alternância de cargas Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil 18 Característica do Edifício – Edifício residências de 4 pavimentos • 274 m² por pavimento • 4 apartamentos por andar Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil 19 CORTE DO EDIFÍCIO FONTE: O AUTOR (2010) Pré-Dimensionamento 20 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil FONTE: KIMURA (2007) • Fórmulas empíricas • Experiência • Bom senso e raciocínio • Não existem programas que definem a estrutura Pré-Dimensionamento PILARES 21 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil ÁREA DE INFLUÊNCIA PILARES FONTE: O AUTOR (2010) Pré-Dimensionamento VIGAS • Viga simplesmente apoiada: l/12 < h < l/10 – adotado l/12 • Viga contínua: l/15 < h < l /12 – adotado l/15 • Viga em balanço: l/6 < h < l/5 – adotado l/6 22 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil Pré-Dimensionamento LAJES • Expressão empírica sugerida por Claudinei Pinheiro Machado em 1983 • d=(α – 0,1n)L (cm) • Onde: • d= a altura útil da laje em cm • n= o número de bordas engastadas • L= o menor dos dois valores lx (lx<ly) e 0,7ly (m) • α=correção levando em conta a resistência do concreto, conforme a seguinte expressão: • α=4,066/(fck+3,5)1/6 23 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil Planilha Eletrônica • Verificações das cargas • Valor de comparação 24 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil FONTE: KIMURA (2007) Planilha Eletrônica 25 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil DISTRIBUIÇÃO DAS CARGAS FONTE: TQS INFORMÁTICA (2010) Metodologia para Análises Lançamento normal (com lajes) • Verificação de momentos fletores nas vigas • Cargas nas fundações • Laje L1 Lançamento da estrutura sem lajes • Carregamentos impostos nas vigas • Verificação de momentos fletores • Armaduras de vigas • Cargas nas fundações • Viga V1 • Pilar P1 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil 26 Resultados Obtidos Cargas na Fundação • Considerando a estrutura com laje 27 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil Estimada Manual TQS Eberick CypeCAD Série1 1058,2 1231,15 1214,2 1229,5 1221,7 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 C ar ga T o ta l n a Fu n d aç ão ( tf ) CARGAS NA FUNDAÇÃO FONTE: O AUTOR (2010) Resultados Obtidos Cargas na Fundação • Considerando a estrutura sem a laje 28 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil CARGAS NOS PILARES FONTE: O AUTOR (2010) 0 10 20 30 40 50 60 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 FO R Ç A S N O R M A IS ( tf ) PILARES PILARES CypeCAD Considerando a Laje Sem a Laje Resultados Obtidos Cargas na Fundação • Considerando a estrutura sem a laje • Cargas maiores nos pilares P22 e P23 29 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil CARGAS NOS PILARES FONTE: O AUTOR (2010) Resultados Obtidos Cálculo Laje L1 • Processo simplificado pelas tabelas de Czerny (elementos isolados e apoiados em vigas indeformáveis, engastamento perfeito entre lajes vizinhas) • TQS e Eberick (analogia de grelha) • CypeCAD (elementos finitos) • Considerações como flexibilidade e rigidez a torção em vigas 30 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil Resultados Obtidos FONTE: O AUTOR(2010) 31 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil Manual TQS EBERICK CYPECAD Mx 0,457 0,4 0,665 0,413 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 M o m e n to F le to r M x (t fm /m ) Cálculo Laje L1 MOMENTOS FLETORES POSITIVOS Resultados Obtidos Cálculo Laje L1 32 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil Manual TQS EBERICK CYPECAD Mx(-) -0,73 -0,60 -0,51 -0,29 -0,80 -0,70 -0,60 -0,50 -0,40 -0,30 -0,20 -0,10 0,00 M o m e n to N e ga ti vo s o b re a v ig a V 2 7 FONTE: O AUTOR(2010) MOMENTOS FLETORES NEGATIVOS Resultados Obtidos Cálculo Laje L1• Flechas: Como: Msdx > Mr a laje irá fissurar • Calculo da inércia equivalente estádio II 33 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil FONTE: KIMURA (2007) Resultados Obtidos Cálculo Laje L1 • flechas 34 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil Manual TQS EBERICK CYPECAD Flecha -0,83 -1,20 -1,11 -0,452 -1,4 -1,2 -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 Fl e ch a (c m ) FONTE: O AUTOR (2010) FLECHA LAJE L1 Resultados Obtidos Viga V1 • Estrutura com laje Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil 35 FONTE: O AUTOR (2010) Resultados Obtidos Viga V1 • Estrutura sem laje Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil 36 FONTE: O AUTOR (2010) Resultados Obtidos Viga V1 • Estrutura sem laje – Armaduras Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil 37 Armadura negativa FONTE: O AUTOR (2010) Armadura positiva FONTE: O AUTOR (2010) Resultados Obtidos Viga V1 • Estrutura com laje – Diferença na distribuição de esforços da laje para as vigas • Estrutura sem laje – Diferença de esforços ainda estão presentes – Critérios de engastamento pilar/viga – Cálculo manual conduz a esforços maiores – Armaduras : esforços diferentes armadura Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil 38 Resultados Obtidos Pilar P1 • Estrutura sem laje – Cálculo manual com esforços baseados no resultado do Eberick – Comparação de armadura resultantes entre os programas e o cálculo manual Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil 39 Resultados Obtidos Pilar P1 • Estrutura sem laje – Armaduras resultantes: Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil 40 Programa Nd (tf) Taxa de armadura (%) As calculado (cm²) As adotado (cm²) Eberick 26,9 3,5 12,6 16 Φ 10 mm 12,6 TQS 28,1 5,59 20,1 10 Φ 16 mm 20,1 CypeCAD 24,92 2,78 10 6 Φ 16 mm 12,1 Manual 26,9 1,63 5,89 8 Φ 10 mm 6,3 Fonte: O autor (2010) Resultados Obtidos Pilar P1 • Estrutura sem laje – Diferenças na distribuição das armaduras – TQS taxa de armadura maior que o permitido!!! – Cálculo manual: taxa de armadura baixa em relação aos outros programas Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil 41 Resultados Obtidos Consumo dos materiais • Concreto (m³) Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil 42 147,3 147 145 Programas EBERICK TQS CYPE Resultados Obtidos Consumo dos materiais • Formas (m²) Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil 43 2097 2092 2087 Programas EBERICK TQS CYPE Resultados Obtidos Consumo dos materiais • Consumo de aço Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil 44 EBERICK Vigas Lajes Pilar TOTAL AÇO (kg) TIPO1 704 1762 753 3219 TIPO2 704 1762 753 3219 TIPO3 704 1762 753 3219 COB 605 1359 753 2717 BALDRAME 661 661 TOTAL (Kg) 3378 6646 3012 13036 TQS Vigas Lajes Pilar TOTAL AÇO (kg) TIPO1 1267 1463 1004 3734 TIPO2 1267 1463 1004 3734 TIPO3 1267 1463 1004 3734 COB 692 1582 1004 3278 BALDRAME 765 765 TOTAL (Kg) 5257 5972 4015 15244 CYPECAD Vigas Lajes Pilar TOTAL AÇO (kg) TIPO1 642 5035 1058 6735 TIPO2 642 5035 579 6256 TIPO3 625 5008 561 6194 COB 528 1075 512 2115 BALDRAME 632 632 TOTAL (Kg) 3069 16153 2710 21932 Resultados Obtidos Consumo dos materiais • Consumo de aço Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil 45 EBERICK Vigas Lajes Pilar TOTAL AÇO (kg) TIPO1 704 1762 753 3219 TIPO2 704 1762 753 3219 TIPO3 704 1762 753 3219 COB 605 1359 753 2717 BALDRAME 661 661 TOTAL (Kg) 3378 6646 3012 13036 TQS Vigas Lajes Pilar TOTAL AÇO (kg) TIPO1 1267 1463 1004 3734 TIPO2 1267 1463 1004 3734 TIPO3 1267 1463 1004 3734 COB 692 1582 1004 3278 BALDRAME 765 765 TOTAL (Kg) 5257 5972 4015 15244 CYPECAD Vigas Lajes Pilar TOTAL AÇO (kg) TIPO1 642 5035 1058 6735 TIPO2 642 5035 579 6256 TIPO3 625 5008 561 6194 COB 528 1075 512 2115 BALDRAME 632 632 TOTAL (Kg) 3069 16153 2710 21932 Resultados Obtidos Consumo dos materiais • Consumo de aço por elementos (kg) Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil 46 3378 6646 3012 5257 5972 4015 3069 16153 2710 Vigas Lajes Pilares EBERICK TQS CYPECAD Resultados Obtidos Consumo dos materiais • Consumo de aço total(kg) Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil 47 13036 15244 21932 Consumo Consumo de aço (kg) EBERICK TQS CYPECAD Conclusões 48 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil • Os programas não tomam decisões Conclusões 49 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil • Cargas atuantes Conclusões 50 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil • Análise estrutural Conclusões 51 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil • Programas atendem as necessidades • Conhecimento teórico e prático • Experiência • Constante atualização • Conhecimento da sua ferramenta de trabalho • Diferenças aconteceram devido a critérios de análises e dimensionamento pelos programas Conclusões 52 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil “A vida de um calculista é igual a vida de um quebrador de pedras” Obrigado !!!!!! Referências • ASSOCIAÇÃO BRASILIERA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto. Rio de Janeiro, 2003. • ASSOCIAÇÃO BRASILIERA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6120: Carga para o cálculo de estruturas de edificações. Rio de Janeiro, 1980. • ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8681: Ações e Segurança nas Estruturas. Rio de Janeiro, 2003. • MARINO. M.A. Apostila de concreto Armado. Universidade Federal doParaná, 2006. • KIMURA, Alio. Informática aplicada em estruturas de concreto armado: cálculo de edifícios com o uso de sistemas computacionais. São Paulo: PINI, 2007. • http://forum.outerspace.terra.com.br/showthread.php?t=220840&page=2 • http://www.ipt.br/noticias_interna.php?id_noticia=49 53 Setor de Tecnologia – Departamento de Construção Civil 1. INTRODUÇÃO 1.1. Justificativa 1.2. Objetivos Gerais 1.4. Estrutura do Trabalho 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1. Histórico do Concreto Armado e do Cálculo Estrutural 2.2. Lajes 2.3. Vigas 2.4. Pilares 2.5. Propriedades dos Materiais 2.5.1. Propriedades do Concreto 2.5.1.1. Massa Específica 2.5.1.2. Coeficiente de dilatação térmica 2.5.1.3. Resistência à compressão 2.5.1.4. Resistência à tração 2.5.1.5. Módulo de elasticidade 2.5.1.6. Efeito de Rusch 2.5.1.7. Coeficiente do Poisson e módulo de elasticidade transversal 2.5.1.8. Diagrama tensão- deformação 2.5.2. Aço 2.5.2.1. Categorias de aço 2.5.2.2. Massa específica 2.5.2.3. Coeficiente de dilatação térmica 2.5.2.4. Módulo de elasticidade 2.5.2.5. Resistência à tração 2.6.2. Análise linear com redistribuição 2.6.3. Análise plástica 2.6.4. Análise não linear 2.6.5. Análise através de modelos físicos 2.7. Modelos estruturais 2.7.1. Modelo de vigas contínuas 2.7.2. Pórticos planos 3. FERRRAMENTAS COMPUTACIONAIS 3.1. CYPECAD 3.1.1. Características técnicas de análise 3.2. EBERICK 3.2.1. Características técnicas da análise 3.3. TQS 3.3.1. Características de técnicas de análise 4. METODOLOGIA 4.1. Projeto arquitetônico 4.2. Pré-dimensionamento dos elementos estruturais 4.2.1. Pré-dimensionamento de pilares 4.2.3. Pré-dimensionamento de lajes 4.3. Estimativa das cargas permanentes e acidentais 4.3.1. Cargas atuantes nas lajes 4.3.2. Cargas devido à parede 4.3.3. Redução das cargas acidentais 4.3.4. Cálculo das reaçõesda escada 4.4. Cálculo dos esforços através da planilha eletrônica 4.5. Modelagem computacional da estrutura analisada 4.5.1. Eberick 4.5.2. CYPECAD 4.5.3. TQS 5. RESULTADOS 5.1. Consideração da estrutura com laje 5.1.1. Cálculo com pilares pré-dimensionados 5.2. Consideração da estrutura sem laje 5.3. Estudo da laje L1 5.4. Estudo do pilar P1 5.5. Estudo da viga V1 5.5.1. Estrutura com laje 5.5.3. Comparativo entre estrutura com laje e estrutura sem laje 5.6. Dados gerais da estrutura 6. CONCLUSÃO 7. REFERÊNCIAS ANEXOS ANEXO A ANEXO B ANEXO C ANEXO D