Plano de Pesquisa-Aruac

UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIOSA PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA CIVILENGENHARIA DA CONSTRUO

PROGRAMA DE DIMENSIONAMENTO PARA ALVENARIA ESTRUTURAL ATRAVS DO MTODO DOS ESTADOS LIMITES.Aruac Alves Santos

RESUMO

O crescimento do mercado imobilirio no Brasil, principalmente para as faixas de renda mdia e baixa, incentiva o uso da alvenaria estrutural, em funo das vantagens tcnico-econmicas propiciadas. No que se refere ao dimensionamento de alvenaria estrutural de blocos de concreto, a ABNT NBR 10837:1989, em vigor at o ano passado, tinha como base o Mtodo das Tenses Admissveis, que possui base determinstica e introduz a segurana no projeto mediante o estabelecimento de um coeficiente de segurana interno i. Na atual norma de projeto de alvenaria estrutural de blocos de concreto (ABNT NBR 15916-1:2011), o mtodo de clculo utilizado o Mtodo dos Estados Limites que possui base semi-probabilstica. Este mtodo considera uma estrutura segura aquela que no atinge nenhum estado limite durante a sua vida til. Independente do mtodo de clculo utilizado, o dimensionamento de uma estrutura deve garantir sua segurana e sua capacidade de desempenhar satisfatoriamente a funo a qual se destina. No que se refere segurana, em ambos os mtodos este conceito estabelecido. Portanto, no h sentido em apontar o mtodo mais seguro. O uso de recursos computacionais permite a avaliao de diversas possibilidades e configuraes em busca da melhor soluo. Assim, os engenheiros podem explorar diversas alternativas de projeto, em busca de otimizao e racionalizao. Este projeto tem como objetivo a elaborao de um programa de dimensionamento para alvenaria estrutural segundo o mtodo dos estados limites, visto que ele leva em conta critrios atuais de verificao das aes e segurana, como a adoo de valores caractersticos.

INTRODUOO crescimento no mercado imobilirio no Brasil, principalmente para as faixas de renda mdia e baixa, incentiva o uso da alvenaria estrutural. Essa expanso est ligada s vantagens tcnico-econmicas propiciadas pelo sistema segundo (RAMALHO & CORRA, 2003): Rapidez na execuo; Diminuio de mo de obra especializada; Menor quantidade gerada de entulho; Reduo significativa nos revestimentos; Economia de formas, entre outros;Entretanto o sistema tambm apresenta alguns pontos negativos segundo (RAMALHO & CORRA, 2003): Mo-de- obra bem qualificada; necessrio um projeto mais elaborado, onde as interferncias entre os projetos arquitetnico, estrutural e de instalaes so minimizadas; No possvel modificar a arquitetura da obra depois de pronta, visto que as paredes tem funo estrutural;A alvenaria estrutural um sistema construtivo amplamente utilizado em grande parte do mundo devido as suas vantagens em relao aos processos construtivos tradicionais. um sistema racionalizado que dispensa o uso de vigas e pilares, visto que os elementos que desempenham a funo estrutural so de alvenaria. Elementos esses que devem ser dimensionados atravs de mtodos racionais e com auxlio de normatizao vigente. Vale salientar que a alvenaria estrutural um dos mais antigos sistemas construtivos. As primeiras obras datam sculos, e eram construdas em pedra ou tijolo cermico seco ao sol e apresentavam grandes espessuras devido falta de conhecimento de mtodos racionais. Se um construtor ou mestre de obras construiu uma casa para um homem, mas a obra no foi realizada convenientemente e se a casa que construiu ruir e causar a morte do dono da casa, esse construtor dever ser morto. Se causar a morte do filho do dono dessa casa, o filho do construtor dever ser morto. O texto acima se refere ao cdigo de Hammurabi (imperador da Babilnia entre 1792 a.C. e 1750 a.C.), e se trata de uma das primeiras regras de segurana estrutural. A estrutura para ser considerada segura deve ter trs aspectos: segurana, economia e durabilidade. A segurana diz respeito capacidade de resistir esforos ao longo de sua vida til sem que seu desempenho fique afetado. Como no havia conhecimento do comportamento dos materiais, usava-se somente a experincia e a intuio, e as obras eram baseadas em construes bem sucedidas anteriormente, no tendo preocupao em quantificar a segurana.

Figura 1 - Evoluo do nvel de segurana estrutural ao longo do tempo (ATADE, 2005).A Figura 1 mostra a evoluo do nvel de segurana ao longo do tempo, onde o nvel de segurana relacionado com o tempo. Quando uma estrutura construda pela primeira vez o nvel de segurana alto, por falta de experincia e confiana do projetista, resultando em estruturas superdimensionadas ou robustas. A partir de experincias bem sucedidas, o projetista vai baixando o nvel de segurana, o que resulta em estruturas mais leves. Isso ocorre at que haja uma falha, muitas vezes trgica, com perdas de vida. Em contrapartida, as exigncias de segurana aumentam muitas vezes mais que o necessrio. Por fim, todo o processo se repete at que se atinja o nvel ideal de segurana. A abordagem emprica perdurou at princpios do sculo XIX. Com o desenvolvimento nas indstrias, principalmente na siderrgica, movidos pela revoluo industrial, aumentou a necessidade de se conhecer melhor a mecnica das estruturas, desenvolvendo-se teorias que reproduziam os diversos comportamentos estruturais com maior preciso e que possibilitaram o desenvolvimento de projetos mais racionais. (ATADE & CORRA, 2006)Abandonaram-se ento os mtodos antiquados e passaram a aperfeioar mtodos experimentais. Passaram ento a desenvolver medidas de segurana baseadas nas novas teorias. Criou-se ento o mtodo das tenses admissveis que possui base determinstica. Este mtodo considerava que os esforos podiam ser analiticamente determinados admitindo-se um comportamento linear. Este mtodo introduz a segurana no projeto mediante o estabelecimento de um coeficiente de segurana interno, i, maior que a unidade. O mtodo assegura que nas zonas crticas das peas a tenso admissvel no ultrapasse as tenses provocadas pelos carregamentos.Mas o mtodo das tenses admissveis apresenta algumas falhas. A principal que o mtodo apresenta uma distncia considervel entre a situao de uso da estrutura e aquela que corresponderia ao colapso, devido s relaes estarem em tenses. O mtodo no faz a verificao de situaes de servio que poderiam invalidar a estrutura, como por exemplo, grandes deformaes. (ZAGOTTIS, 1974)A necessidade de controlar o risco de forma racional conduziu a noo da segurana de forma probabilstica, associando vrios casos que deveriam ser evitados identificando o seu nvel de risco. Novos critrios foram desenvolvidos e procurou-se determinar as situaes a evitar e a importncia das consequncias casos os casos fossem atingidos. Foram atribudos ento coeficientes de segurana que gerassem uma probabilidade muito pequena de ocorrncia dos casos de acordo com a avaliao de sua importncia. Assim, surgiu o mtodo dos Estados Limites. Este mtodo considera uma estrutura segura aquela que no atinja nenhum estado limite durante a sua vida til. (ATADE & CORRA, 2006)Por volta de 1950 que comearam a surgir normas para clculos da espessura das paredes de alvenaria baseados em mtodos racionais e experimentaes laboratoriais, principalmente na Sua. Nos anos 60 e 70 foram marcados por pesquisas e elaborao de modelos matemticos, enfocando cargas estticas, dinmicas e vento alm das aes de carter excepcional, como exploses. No Brasil, o sistema construtivo utilizado desde a chegada dos portugueses ao Brasil. Entretanto, s foi utilizado como sistema construtivo racionalizado e econmico muito tempo depois. Foi na dcada de 60 que foi introduzida a alvenaria estrutural de blocos vazados de concreto, com prdios de at 4 pavimentos e com os procedimentos baseados em normas americanas. Em 1972 foram construdos edifcios mais elevados em So Paulo, exemplo o Central Parque da Lapa que tinha 12 pavimentos em alvenaria armada. Apenas em 1977 foi que se teve notcia dos primeiros edifcios em alvenaria no armada, construda com blocos slico-calcreos, com espessura de 24 cm para as paredes estruturais. (RAMALHO & CORRA, 2003)Em 1989 surge a ABNT NBR 10837:1989 que utiliza o critrio para dimensionamento o valor mdio da resistncia caracterstica dos primas e o mtodo das tenses admissveis para dimensionamento e verificao da segurana. Este mtodo considerado antieconmico e no atende s necessidades de um projeto mais realista segundo (ATADE & CORRA, 2006).Em 2011 surge a ABNT NBR 15961-1:2011, que utiliza o mtodo dos estados limites para dimensionamento e verificao da segurana. Assim, como nos outros sistemas construtivos, a alvenaria estrutural passa a ter uma norma que possibilita fazer o dimensionamento de modo mais seguro e econmico.JUSTIFICATIVA/CARACTERIZAO DO PROBLEMAO uso de recursos computacionais permite a avaliao de diversas possibilidades e configuraes em busca da melhor soluo. Assim, os engenheiros podem explorar diversas alternativas de projeto, em busca de otimizao e racionalizao. A programao para ambientes CAD possibilita a automatizao de rotinas repetitivas, melhora o desempenho do projetista e permite um desenvolvimento rpido e de baixo custo de aplicativos, alm da interao pela linha de comando e por menus. O AutoCAD permite ainda: executar programas por meio da barra de comandos e programar por meio das linguagens AutoLisp e VBA (Visual Basic Editor).O AutoLisp proveniente da linguagem Lisp, muito utilizada na implementao de programas de Inteligncia artificial (IA). O AutoCAD tem um interpretador de Lisp embutido, onde se pode criar e avaliar as rotinas criadas para plataforma CAD. A principal vantagem de um programa escrito na linguagem AutoLisp a rapidez e segurana, pois, dificilmente incorrer em erro de processamento ou alto consumo de memria.Segundo USUDA (2003), a cadeia produtiva da construo civil representa mais de 15% do PIB (Produto Interno Bruto) nacional, logo a utilizao da informtica tem a finalidade de aumentar a eficincia e produtividade do setor, bem como agregar mais dinamismo e preciso aos projetos e informaes gerados.Dominar novas tcnicas e materiais em um mercado onde a iniciativa e a competio so naturais pode ser a chave para um empreendimento bem sucedido, alm de implicar na otimizao do aproveitamento de recursos como energia, tempo e capital.objetivosObjetivos GeraisO trabalho em questo tem como principal objetivo: Implementar uma ferramenta computacional para anlise e dimensionamento de edifcios de alvenaria estrutural, submetidos a aes verticais e horizontais,segundo a ABNT NBR 15961-1:2011 utilizando linguagem AutoLisp e DCL (Dialog Control language) e conceitos fsicos e matemticos de engenharia de estruturas; Disponibilizar uma ferramenta de apoio ao ensino de Alvenaria Estrutural para o curso de Engenharia Civil da UFV; Contribuir para o desenvolvimento e divulgao da alvenaria estrutural na regio de Viosa, com informaes sobre os procedimentos de clculo estrutural deste tipo de construo.Objetivos especficosO trabalho em questo tem como objetivos especficos: Calcular as reaes das lajes de concreto armado nas paredes estruturais pelo mtodo das linhas de ruptura, a partir da planta baixa obtida, utilizando-se de rotinas especficas para o clculo das reas e multiplicando estas pelos carregamentos distribudos sobre as lajes; Obter as tenses devidas s aes verticais ao longo do edifcio; Determinar, para cada pavimento, a fora horizontal atuante devida ao vento, segundo os critrios definidos pela norma NBR 6123 (Foras Devidas ao Vento em Edificaes); Determinar, para cada pavimento, a fora horizontal atuante devida ao desaprumo; Obter a parcela de fora horizontal atuante em cada parede de contraventamento proporcional sua rigidez. A partir dessa fora, obter os momentos fletores e consequentemente, as tenses atuantes utilizando a Teoria de Vigas da Resistncia dos Materiais; Dimensionar as paredes da edificao considerando alvenaria no-armada e utilizando os mtodos de Paredes Isoladas e Grupos Isolados de Paredes conforme a norma ABNT NBR 15961-1:2011, para as tenses obtidas com base nas aes verticais e horizontais; Indicar para cada nvel a resistncia caracterstica dos blocos a serem usados na edificao; Apresentar todas as etapas e resultados obtidos, em um arquivo de texto no qual o usurio possa verificar todos os passos, tendo controle de tudo o que foi processado.metodologia e estratgia de aoA metodologia utilizada para alcanar os objetivos ser composta de 5 etapas, conforme descrito a seguir:1 Etapa: REVISO BIBLIOGRFICA Reviso Bibliogrfica sobre o dimensionamento de edifcios em alvenaria estrutural segundo a ABNT NBR 15961-1:2011, acompanhada de estudo sobre programao para ambiente CAD. Paralelamente a estas linguagens, foi estudado o ambiente de programao Visual Lisp, de modo a tornar a programao Lisp eficiente e fcil.2 Etapa: ROTINAS DE PROGRAMAOEstudo das rotinas de construo grfica de anlise, para edifcios em alvenaria estrutural pelo mtodo das paredes isoladas e pelo mtodo do grupo de paredes sem interao. Essas rotinas so: Rotinas para levantamento e anlise das aes verticais utilizando as cargas de clculo segundo a ABNT NBR 6120:1980; Rotina para levantamento e anlise de aes horizontais segundo a ABNT NBR 6123:1988; Rotina para determinao dos esforos devidos s foras horizontais; Rotina para captura de dados anteriormente processados, com vistas a gerar um quadro resumo dos esforos mximos e mnimos; Rotina para gerar o dimensionamento segundo o mtodo dos estados limites; Rotina para gerar o memorial de clculo.3 Etapa: VALIDAO DO PROGRAMAClculo manual de um edifcio com a finalidade de us-lo na comparao com os resultados do programa.4 Etapa: ELABORAO DO MANUAL DO PROGRAMAElaborao do manual para facilitar e auxiliar no uso programa a novos usurios.5 Etapa: CONFECO DA TESE DE MESTRADO E DE ARTIGOSElaborao da Tese de Mestrado, bem como de artigos com apresentao de: reviso bibliogrfica, metodologia adotada, anlise dos dados e concluses.resultados e impactos esperadosEsta pesquisa busca resultados que venham a contribuir junto comunidade cientfica no que se refere : Elaborao de um software de dimensionamento voltado para a alvenaria estrutural segundo a ABNT NBR 15961-1:2011; Obter mais rapidez e eficincia na elaborao de projetos de alvenaria estrutural bem como possibilitar checar diversas possibilidades em uma quantidade menor de tempo; Disponibilizar o software para o meio acadmico;cronogramaO projeto ter seu prazo de execuo estabelecido em 12 (doze) meses, segundo as etapas no Quadro 1.

referncias bibliogrficas[1] ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. Alvenaria estrutural Blocos de concreto Parte 1: Projeto. - NBR 15961-1, Rio de Janeiro, 2011.[2] ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. Cargas para o clculo de estruturas de edificaes. - NBR 6120, Rio de Janeiro, 1980.[3] ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. Foras devidas ao vento em edificaes. - NBR 6123, Rio de Janeiro, 1988.[4] ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS (2003). NBR8681 Aes e segurana nas estruturas - Procedimento. Rio de Janeiro.[5] RAMALHO, M. A.; CORRA, M. R. S. (2003). Projeto de edifcios de alvenaria estrutural. So Paulo: Editora PINI.[6] ZAGOTTIS, D. A. (1974). Introduo da segurana no projeto estrutural. So Paulo: Construo pesada.[7] ATADE, C.A.V.; CORRA M.R.S. (2006). Estudo comparativo entre o mtodo das tenses admissveis e o mtodo dos estados limites para a alvenaria estrutural. Cadernos de engenharia de estruturas, So Carlos.[8] ALVARENGA, R. C. S. S.; CARVALHO, J. M. F.; PAIVA, L. M. (2002); Alvenaria Estrutural: Projeto Piloto de um edifcio. Notas de Aulas, UFV:DEC.[9] ALVARENGA, R. C. S. S.; MAIA, W.F. ; COUTO, L. G.; FASSONI, D. P. (2002); O Sistema Construtivo em Alvenaria Estrutural. Notas de aulas, UFV:DEC.[10] ATAIDE; C. A. V. (2005). Estudo comparativo entre o mtodo das tenses admissveis e o dos estados limites para alvenaria estrutural. Dissertao (Mestrado) Escola de Engenharia de So Carlos Universidade de So Paulo.[11] AUTODESK, INC.(2004) Visual Lisp Developers Guide. [12] AUTODESK, INC.(2004) AutoLisp Tutorial.