Comportamento e detalhamento de estruturas de edifícios em … · 2020. 11. 2. · Prescrição da...

Comportamento e detalhamento

de estruturas de edifícios em

alvenaria

Eng. Dr. Joel Araújo do Nascimento Neto

Professor Associado do Departamento de Engenharia Civil e

do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil / UFRN

Sócio da PROGESCON – Projeto, Gestão e Consultoria em

Engenharia Ltda

Desenvolvimento da palestra:

Comportamento de edifícios para o caso de

carregamento vertical

Comportamento de edifícios para o caso de força

horizontal

Interação entre paredes de alvenaria e estruturas

de suporte

Universidade Federal do Rio Grande do Norte

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil

Comportamento de edifícios para o

caso de carregamento vertical

Universidade Federal do Rio Grande do Norte

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil

Comportamento sob carregamento vertical

Modelo de cálculo: paredes isoladas

Eng. Joel Nascimento

- Distribuição interna na parede;

- Não há transmissão de carga

entre paredes.

4

Comportamento sob carregamento vertical

- Distribuição interna na parede

- Há transmissão de carga entre

paredes

- Uniformização no pavimento

pode ser parcial ou total:

depende da extensão do grupo

- Uniformização ao longo da altura

do edifício

Modelo de cálculo: grupo de paredes com interação

5 Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob carregamento vertical

- Ocorrência de forças de

interação

- Ligação eficiente entre as

paredes

- Necessidade de verificação da

ligação

Modelo de cálculo: grupo de paredes com interação

6 Eng. Joel Nascimento

• Amarração entre paredes estruturais

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob carregamento vertical Modelo de cálculo: grupo de paredes com interação

Amarração direta com os blocos: mais eficiente

Junta grampeada: eficiência ainda não comprovada,

necessidade de comprovação experimental

Influência direta no dimensionamento

7

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob carregamento vertical

Prescrições da NBR 15961-1

8

- Ganho na produtividade;

- Redução na eficiência de prisma: prescrita na NBR 15961-1;

- Avaliação bastante criteriosa: necessidade de reforço com graute

ou aumento na resistência do prisma.

Argamassamento total ou parcial das juntas horizontais

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob carregamento vertical

9

Previsão de redução na resistência

da alvenaria (NBR 15961-1. )

Preenchimento ou não

dos septos tranversais

Prescrição da NBR 15961-1: reduzir

em 20% a resistência da alvenaria

com argamassamento total

Eng. Joel Nascimento

NBR 15961 Alvenaria Estrutural – Blocos de

Concreto. Parte 1: projeto

Execução da junta horizontal

10

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob carregamento vertical

Argamassamento total ou parcial das juntas horizontais

- Condição de argamassamento total (na parede)

- Condição de argamassamento parcial (na parede)

11

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob carregamento vertical

- Prescrição da NBR 15961-1

Argamassamento total ou parcial das juntas horizontais

12

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob carregamento vertical

Argamassamento total ou parcial das juntas horizontais

Edifício com 12 pavimentos 13

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob carregamento vertical

Argamassamento total ou parcial das juntas horizontais

14

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob carregamento vertical

Argamassamento total ou parcial das juntas horizontais

- Regra básica:

15

Comportamento de edifícios para o

caso de força horizontal

Universidade Federal do Rio Grande do Norte

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil

• Modelos possíveis para a análise

- Paredes isoladas: razoável para edifícios baixos;

- Paredes acopladas por lintéis: imprescindível

para edifícios altos;

- Consideração de flanges é importante.

• Modelo de paredes acopladas:

- Esforços nos lintéis devem ser avaliados

criteriosamente: armaduras normalmente não são

equivalentes às de simples vergas;

Painéis de contraventamento

Eng. Joel Nascimento

- Necessidade de estribos verticais;

- Algumas situações: possibilidade do lintel

ser executado em concreto armado.

Comportamento sob força horizontal

17

• Modelo alternativo

-Trechos de alvenaria (piers) acoplados

por elementos de elevadíssima rigidez;

- Seção única descontando-se as

aberturas;

- Não há necessidade de avaliar os

esforços no “lintel” de alta rigidez;

- Acréscimo substancial de rigidez para

os pier mais distantes do CG;

- Aplicação duvidosa para os edifícios

executados no Brasil.

Painéis de contraventamento

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob força horizontal

18

Painéis de contraventamento

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob força horizontal

Exemplo de lintéis em

edifícios residenciais no Brasil

19

Painéis de contraventamento

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob força horizontal

Exemplo de lintéis em

edifícios residenciais no Brasil

20

Painéis de contraventamento

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob força horizontal

Prescrição da NBR 15961-1: painéis de contraventamento

21

Impactos da consideração do vento

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob força horizontal

Edifício com 20 pavimentos

X

Y

22

Impactos da consideração do vento

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob força horizontal

Painéis de contraventamento acoplados por lintel

associado a abertura de porta

23

Painel de contraventamento isolado

Impactos da consideração do vento

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob força horizontal

Par 41 24

Par 32

Impactos da consideração do vento

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob força horizontal

25

- Dimensionamento à compressão simples:

- Dimensionamento à flexo-compressão:

Resultados com o modelo de painéis acoplados

por lintéis – Par32 no 1º Piso

Impactos da consideração do vento

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob força horizontal

26

- Dimensionamento à compressão simples:

- Dimensionamento à flexo-compressão:

Resultados com o modelo de painéis acoplados

por lintéis – Par41 (Trecho C) no 1º Piso

Impactos da consideração do vento

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob força horizontal

27

- Dimensionamento à compressão simples:

- Dimensionamento à flexo-compressão:

Resultados com o modelo de painéis acoplados

por lintéis – Par32 no 5º Piso

Impactos da consideração do vento

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob força horizontal

28

- Dimensionamento à compressão simples:

- Dimensionamento à flexo-compressão:

Resultados com o modelo de painéis acoplados

por lintéis – Par41 (Trecho C) no 5º Piso

Impactos da consideração do vento

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob força horizontal

29

-1º e 2º Pisos:

Par32 → detalhamento com f 20 mm

Par41 → detalhamento com f 20 mm

Dimensionamento para os vários pavimentos

-3º e 4º Pisos:

Par32 → detalhamento com f 16 mm e f 12,5 mm

Par41 → detalhamento com f 16 mm

-5º e 6º Pisos:

Par32 → detalhamento com f 10 mm

Par41 → detalhamento com f 12,5 mm e f 10 mm

- Até 9º Piso (edifício 12 pav): necessário armar à tração

Impactos da consideração do vento

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob força horizontal

30

Ensaios realizados na EESC-USP

1as fissuras visíveis: 49% Frup

3a

4a

5a

6a

2a

Fissuração na laje:

ocorrência de seção

composta

Impactos da consideração do vento

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob força horizontal

Edifício com 20 pavimentos 31

Impactos da consideração do vento

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob força horizontal

32

- Dimensionamento à flexão:

- Dimensionamento ao cisalhamento:

Resultados com o modelo de painéis acoplados

por lintéis – Par41 Lintel porta no 1º Piso

Consideração

de seção T

Impactos da consideração do vento

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob força horizontal

33

Esforços nos lintéis ao

longo da altura do edifício

Impactos da consideração do vento

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob força horizontal

34

Par41: detalhamento dos lintéis porta

Lintel ≠ Verga e/ou contraverga

PISO As,pos As,neg As,w

1o → 2o 2f12,5 2f16 + 1f12,5 f8/furo (2 ramos)

3o → 8o 2f16 + 2f12,5 4f16 f10/furo (2 ramos)

. . . .

. . . .

. . . .

17o → 18o 2f12,5 2f12,5 f8/furo (2 ramos)

19o → 20o 2f10 2f10 f8/furo (2 ramos)

Índices de consumo de materiais de alvenaria

Eng. Joel Nascimento

Comportamento sob força horizontal

35

Aço Graute Aço esp.

(kg/m2) (m3/m2) (kg/m2) (cm)

1o 7,0 0,074 5,8 10

7o 3,5 0,058

16o 2,4 0,050

Média: 4,3 0,061

Alvenaria estrutural com 20 pavimentos

Laje TipoAlvenaria

PISOAço Graute Aço esp.

(kg/m2) (m3/m2) (kg/m2) (cm)

1o 3,0 0,036 5,2 10

5o 2,3 0,030

10o 1,9 0,023

Média: 2,4 0,030

Alvenaria estrutural com 12 pavimentos

Alvenaria Laje Tipo

PISO

Interação entre paredes de alvenaria

e estruturas de suporte em concreto

armado

Universidade Federal do Rio Grande do Norte

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil

Interação alvenaria x estrutura de suporte

• Efeitos na viga de transição

- Reduções consideráveis na intensidade do momento fletor;

- Surgimento de força de tração;

- Muito cuidado com cisalhamento.

Eng. Joel Nascimento

• Efeitos na alvenaria

- Concentração de tensões de compressão

vertical;

- Surgimento de tensões de tração na base

das paredes e nos cantos das aberturas;

- Ocorrência de elevadas intensidades de

tensões de cisalhamento na junta horizontal:

avaliar necessidade de estribos horizontais.

37

Aspectos básicos sobre a interação

Interação alvenaria x estrutura de suporte

Eng. Joel Nascimento 38

Modelagem de um painel sem abertura

Efeitos na viga de transição

Aspectos básicos sobre a interação

Interação alvenaria x estrutura de suporte

Eng. Joel Nascimento 39

Modelagem de um painel sem abertura

Efeitos na alvenaria estrutural

Aspectos básicos sobre a interação

Interação alvenaria x estrutura de suporte

Eng. Joel Nascimento 40

Prescrições da NBR 15961-1

Aspectos básicos sobre a interação

Interação alvenaria x estrutura de suporte

Eng. Joel Nascimento 41

- Necessidade de modelar conjuntamente as paredes e a

estrutura de transição;

- Modelos em Elementos Finitos: custo computacional

elevado e de tratamento difícil dos resultados obtidos.

• Dificuldades para considerar a interação na prática de

projetos:

- Modelos simplificados: limitados aos casos de paredes

sem abertura ou abertura centrada sobre vigas biapoiadas;

Modelos de cálculo consistentes

Interação alvenaria x estrutura de suporte

Eng. Joel Nascimento 42

Modelos de cálculo consistentes

Novo modelo para aplicação em projetos usuais

Modelo para o conjunto parede

de alvenaria e transição em

concreto armado

Vigas contínuas Aberturas

quaisquer

Interação alvenaria x estrutura de suporte

Eng. Joel Nascimento 43

Novo modelo para aplicação em projetos usuais

Aspecto

tridimensional do

comportamento

Interação alvenaria x estrutura de suporte

Eng. Joel Nascimento 44

Novo modelo para aplicação em projetos usuais

• Modelo consistente

- Características próprias

para as vinculações e os

materiais;

- Incorpora efeitos

importantes: aberturas das

paredes; vãos contínuos e

apoios das vigas;

Modelo desenvolvido na PROGESCON –

Projeto, Gestão e Consultoria em Engenharia Ltda

- Permite avaliar de forma segura e eficiente os esforços nas

vigas e as concentrações de tensão na alvenaria.

Edifício com

20 pavimentos

Eng. Joel Nascimento

Interação alvenaria x estrutura de suporte

45

Aplicação em projeto de edifício

Eng. Joel Nascimento

Interação alvenaria x estrutura de suporte

46

Aplicação em projeto de edifício

Modelo sem

interação

Modelo com

interação

Eng. Joel Nascimento

Interação alvenaria x estrutura de suporte

47

Modelo com interação

Modelo sem interação Momentos fletores (tf.m)

Mmáx. = 136 tf.m

Aplicação em projeto de edifício - vigas

Eng. Joel Nascimento

Interação alvenaria x estrutura de suporte

48

Modelo sem interação

Modelo com interação

Forças cortantes (tf)

Aplicação em projeto de edifício - vigas

Eng. Joel Nascimento

Interação alvenaria x estrutura de suporte

49

Forças normais (tf)

Modelo com interação

Aplicação em projeto de edifício - vigas

Eng. Joel Nascimento

Interação alvenaria x estrutura de suporte

50

Detalhamento final –

Modelo sem interação

5 f 20

6 f 16

f 6,3c/10

f 10c/10

f 8c/10

Peso = 205 kg

Aplicação em projeto de edifício - vigas

Eng. Joel Nascimento

Interação alvenaria x estrutura de suporte

51

Aplicação em projeto de edifício - vigas

Detalhamento final –

Modelo com interação

4 f 16

4f 20

f 6,3c/12,5

f 5c/15

f 10c/20

4 f 12,5

Peso = 160 kg (D=-22%)

Eng. Joel Nascimento

Interação alvenaria x estrutura de suporte

52

Aplicação em projeto de edifício - alvenarias

Concentração das

cargas verticais

próximo aos apoios e

redução no vão da viga

Eng. Joel Nascimento

Interação alvenaria x estrutura de suporte

53

Aplicação em projeto de edifício - alvenarias

Tensões normais para o

carregamento vertical:

Tensões normais para a

combinação com o vento:

D=+87%

D=+25%

Eng. Joel Nascimento

Interação alvenaria x estrutura de suporte

54

Aplicação em projeto de edifício - alvenarias

Tensões normais para o

carregamento vertical:

Tensões normais para a

combinação com o vento:

D=+100%

D=+48%

Eng. Joel Nascimento

Interação alvenaria x estrutura de suporte

55

Transição para edifício com 20 pavimentos

Elemento Índice Unidade

Pilares 20,3 kg/m2

Vigas 51,8 kg/m2

Lajes 8,4 kg/m2

Total: 80,6 kg/m2

Concreto: 0,42 m3/m2

Formas: 3,5 m2/m2

Apav = 291,65 m2

Transição sem interação

Elemento Índice Unidade

Pilares 20,6 kg/m2

Vigas 30,2 kg/m2

Lajes 8,5 kg/m2

Total: 59,4 kg/m2

Concreto: 0,36 m3/m2

Formas: 3,0 m2/m2

Apav = 291,65 m2

Transição com interação

Eng. Joel Nascimento

Interação alvenaria x estrutura de suporte

56

Transição para edifício com 12 pavimentos

Elemento Índice Unidade

Pilares 8,8 kg/m2

Vigas 30,6 kg/m2

Lajes 8,2 kg/m2

Total: 47,6 kg/m2

Concreto: 0,28 m3/m2

Formas: 2,6 m2/m2

Apav = 537,12 m2

Transição sem interação

Elemento Índice Unidade

Pilares 8,1 kg/m2

Vigas 22,2 kg/m2

Lajes 8,1 kg/m2

Total: 38,5 kg/m2

Concreto: 0,24 m3/m2

Formas: 2,2 m2/m2

Apav = 537,12 m2

Transição com interação

Eng. Joel Nascimento

Interação alvenaria x estrutura de suporte

57

Aplicação em projeto de edifício - alvenarias

Dimensões das vigas → Definidas pelas

verificações da alvenaria estrutural

• Aspectos a serem avaliados no projeto ao se considerar a interação

alvenaria x estrutura de suporte

- Concentração de tensões normais verticais e de cisalhamento

horizontal na base das paredes;

- Tensões normais de tração: trecho intermediário de paredes

sem abertura, extremidades de aberturas de porta e abaixo das

contravergas;

- Forças de tração axial e cortante nas vigas;

- Muito importante considerar a ação do vento.

Potencial da alvenaria estrutural

EXCALIBUR HOTEL:

- 28 pavimentos;

- Las Vegas: região com

ocorrência de sismos;

- Blocos com espessura

de 30 cm no térreo;

- Concluído em 1989.

Eng. Joel Nascimento

Agradeço à Bloco Brasil pelo convite e

ao público pela atenção dispensada!! 58