Projeto estruturaldeedifícios j. s. giongo-eesc-turma2-2008

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  • 1. UNIVERSIDADE DE SO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE SO CARLOS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE ESTRUTURAS CONCRETO ARMADO: PROJETO ESTRUTURAL DE EDIFCIOS JOS SAMUEL GIONGO So Carlos, Fevereiro de 2007

2. APRESENTAO Este texto fornece algumas indicaes a serem seguidas na elaborao de projetos de estruturas de edifcios usuais em concreto armado. O trabalho foi desenvolvido procurando atender as disciplinas relativas a Estruturas de Concreto, ministradas no Curso de Engenharia Civil da Escola de Engenharia de So Carlos - Universidade de So Paulo. O captulo um analisa a concepo estrutural; no dois so estudadas as aes que devem ser consideradas no projeto; o captulo trs discute a escolha da forma estrutural em funo de projeto arquitetnico; no captulo quatro so apresentados os tipos de anlise estrutural que devem ser realizadas; no captulo cinco apresentada, de modo sistemtico, os critrios para projeto, dimensionamento e detalhamento de lajes macias e, finalmente, no captulo seis desenvolvido, de modo didtico, um projeto de pavimento- tipo de edifcio. O exemplo simples e serve para um primeiro contato do leitor com o projeto da estrutura, sendo analisadas apenas as lajes do pavimento-tipo. Neste trabalho, textos elaborados por colegas e pesquisadores so aqui utilizados. Assim, so dignos de nota: Jos Roberto Leme de Andrade - Estruturas correntes de concreto armado - Parte I, Notas de Aula editadas pela EESC USP, Departamento de Engenharia de Estruturas; Mrcio Roberto Silva Corra - Aperfeioamento de modelos usualmente empregados no projeto de sistemas estruturais de edifcios, Tese de Doutorado, defendida na EESC - USP; Libnio Miranda Pinheiro - Concreto armado: Tabelas e bacos (EESC, 2003); Patrcia Menezes Rios - Lajes retangulares de edifcios: associao do clculo elstico com a teoria das charneiras plsticas, Dissertao de Mestrado, defendida na EESC - USP; Jos Ferno Miranda de Almeida Prado - Estruturas de edifcios em concreto armado submetidas a aes verticais e horizontais, Dissertao de Mestrado, defendida na EESC - USP; Edgar Bacarji - Anlise de estruturas de edifcios: projeto de pilares, Dissertao de Mestrado, defendida na EESC - USP. Para esta edio Fevereiro de 2007, fez-se reviso da edio anterior Agosto de 2005. A reviso do texto do captulo 6 foi feita pelo Professor Doutor Jos Luiz Pinheiro Melges, Professor na Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira UNESP, na poca (1996) estagirio da disciplina SET 158 - Estruturas Correntes de Concreto Armado II, pelo Programa de Aperfeioamento de Ensino - PAE. Para a verso, publicada em fevereiro de 2001, foi feita reviso e correo do texto. Essa reviso contou com a colaborao do Professor Doutor Romel Dias Vanderlei, da Universidade Estadual de Maring, na poca estagirio da disciplina SET 404 - Estruturas de Concreto A, no primeiro semestre de 2001, pelo Programa de Aperfeioamento de Ensino - PAE. O texto de Julho de 2005 contou com o trabalho do Professor Doutor Rodrigo Gustavo Delalibera, das Faculdades Logatti, na poca aluno de doutorado no Departamento de Engenharia de Estruturas, Escola de Engenharia de So Carlos USP, estagirio da disciplina SET 404 - Estruturas de Concreto A, no primeiro semestre de 2004, pelo Programa de Aperfeioamento de Ensino PAE. Esta edio contempla as indicaes da NBR 6118:2003 Projeto de estruturas de concreto, em vigor desde Maro de 2003 e com edio revisada em Maro de 2004. Atualmente os projetos esto sendo feitos pelos escritrios com assistncia de programas computacionais que, a partir do projeto arquitetnico, permitem o estudo da forma estrutural, determinao das aes a considerar, anlise estrutural, dimensionamento, verificao dos estados limites de servio e detalhamento. Este texto tem portanto a finalidade de introduzir o estudante de engenharia civil arte de projetar as estruturas de concreto armado. 3. Jos Samuel Giongo USP EESC SET Concreto armado: projeto estrutural de edifcios Janeiro de 2007 i Sumrio 1. Concepo estrutural 1.1 Introduo 1 1.1.1 Generalidades 1 1.1.2 Identificao dos elementos estruturais 2 1.1.2.1 Elementos lineares 4 1.1.2.2 Elementos bidimensionais 7 1.1.2.3 Elementos tridimensionais 13 1.1.2.4 Sistemas estruturais compostos de elementos 13 1.2 Descrio da estrutura de um edifcio 17 1.2.1 Generalidades 17 1.2.2 Disposio dos elementos estruturais 18 1.3 Arranjo estrutural 18 1.4 Sistemas estruturais usuais 21 1.4.1 Subsistemas horizontais 21 1.4.2 Subsistemas verticais 23 1.5 Idealizao das aes 25 1.6 O modelo mecnico 26 1.7 Custo da estrutura 28 Referncias bibliogrficas 30 2. Aes a considerar nos projetos de edifcios 2.1 Introduo 33 2.1.1 Generalidades 33 2.1.2 Aes permanentes 33 2.1.2.1 Aes permanentes diretas 33 2.1.2.2 Aes permanentes indiretas 33 2.1.3 Aes variveis 34 2.1.3.1 Aes variveis normais 34 2.1.3.2 Aes variveis especiais 34 2.1.4 Aes excepcionais 34 2.2 Valores das aes permanentes 35 2.2.1 Ao permanente de componentes utilizados em edifcios 36 2.2.1.1 Peso prprio de alvenaria revestida de um tijolo furado 37 2.2.1.2 Peso prprio de vrios materiais usualmente empregados 38 2.2.1.3 Exemplo de considerao de aes permanentes em lajes 39 2.2.1.4 Peso prprio de paredes no definidas no projeto 43 2.2.1.5 Clculo dos esforos solicitantes de lajes com ao de paredes definidas no projeto 44 2.3 Aes variveis normais 44 2.3.1 Considerao das aes variveis normais nos pilares 46 2.3.2 Exemplo de considerao de aes variveis em lajes 46 2.4 Ao do vento 46 2.4.1 Clculo das foras devidas ao vento em edifcios 47 2.4.2 Procedimento de clculo 47 2.4.3 Clculo dos esforos solicitantes 47 2.5 Efeitos dinmicos 47 2.6 Exemplo de clculo das foras por causa do vento 47 2.6.1 Velocidade caracterstica do vento 48 2.6.2 Velocidade bsica do vento 48 2.6.3 Fator topogrfico 48 2.6.4 Fator s2 49 2.6.5 Fator estatstico s3 49 2.6.6 Velocidades caracterstica do vento 49 2.6.7 Presso dinmica 49 2.6.8 Determinao dos coeficientes de arrasto (ca) 50 2.6.8.1 Direo do vento perpendicular fachada de menor rea 50 2.6.8.2 Direo do vento perpendicular fachada de maior rea 50 2.6.9 Determinao das foras relativas ao vento 51 2.6.9.1 Direo do vento perpendicular fachada de menor rea 51 4. Concreto armado: projeto estrutural de edifcios Sumrio ii 2.6.9.2 Direo do vento perpendicular fachada de maior rea 51 2.7 Outras aes 52 2.7.1 Variao da temperatura 52 2.7.2 Aes dinmicas 53 2.7.3 Aes excepcionais 53 2.7.4 Retrao 53 2.7.5 Fluncia 53 Referncias bibliogrficas 53 3. Escolha da forma da estrutura 3.1 Aspectos gerais 55 3.2 Anteprojeto da forma da estrutura de um edifcio 55 3.2.1 Dimenses mnimas dos elementos estruturais 56 3.2.1.1 Lajes 56 3.2.1.2 Vigas e vigas-parede 56 3.2.1.3 Pilares e pilares-parede 57 3.2.1.4 Paredes estruturais 58 3.2.1.5 Fundaes 58 3.2.2 Dimenses econmicas para pr-dimensionamento de elementos estruturais 58 3.2.3 Escolha das posies dos elementos estruturais 59 3.2.4 Pr-dimensionamento da estrutura dos pavimentos 64 Referncias bibliogrficas 70 4. Anlise estrutural 4.1 Consideraes iniciais 71 4.2 Estabilidade global de edifcios 72 4.2.1 Parmetro de instabilidade 73 4.2.2 Coeficiente z 77 4.2.3 Anlise de estruturas de ns mveis 78 4.2.4 Considerao da alvenaria 80 4.3 Esforos solicitantes por causa de imperfeies globais 81 4.4 Aes horizontais 82 4.4.1 Consideraes iniciais 82 4.4.2 Modelos para determinao dos esforos solicitantes 83 4.4.2.1 Modelos de prticos planos 83 4.4.2.2 Modelo tridimensional 84 4.4.3 Mtodos simplificados 85 4.5 Valores das aes a serem considerados nos projetos 86 4.5.1 Valores representativos das aes 86 4.5.1.1 Valores de clculo 86 4.5.1.2 Coeficientes de ponderao das aes no estado limite ltimo 87 4.6 Combinaes das aes 88 4.6.1 Combinaes a considerar 88 4.6.1.1 Combinaes ltimas 88 4.6.1.2 Combinaes de servio 89 Referncias bibliogrficas 91 5. Lajes macias 5.1 Introduo 93 5.2 Exemplos de esquemas estticos para lajes macias 94 5.2.1 Laje isolada, apoiada em vigas no seu contorno 94 5.2.2 Duas lajes contguas 95 5.2.3 Lajes em balano 96 5.3 Tipos de condies de vinculao para lajes isoladas 96 5.4 Condies de vinculao diferentes das indicadas nas tabelas 99 5.5 Vos efetivos das lajes 100 5.6 Altura til e espessura 101 5.7 Clculo dos esforos solicitantes 102 5.7.1 Reaes de apoio 102 5.7.1.1 Exemplo 1 104 5.7.1.2 Exemplo 2 105 5. Jos Samuel Giongo USP EESC SET Concreto armado: projeto estrutural de edifcios Janeiro de 2007 iii 5.7.2 Clculo mediante tabelas 106 5.7.2.1 Exemplo 1 108 5.7.2.2 Exemplo 2 109 5.7.2.3 Exemplo 3 110 5.8 Clculo dos momentos fletores 111 5.8.1 Equao diferencial da superfcie elstica 111 5.8.2 Momentos fletores e compatibilizao 117 5.8.3 Clculo mediante tabelas 118 5.8.3.1 Exemplo 1 118 5.8.3.2 Exemplo 2 119 5.8.3.3 Exemplo 3 120 5.8.4 Clculo dos momentos fletores finais 121 5.9 Esforos solicitantes em lajes com ao linearmente distribuda paredes sobre lajes 123 5.9.1 Lajes armadas em duas direes 123 5.9.2 Lajes armadas em uma direo 123 5.9.2.1 Parede na direo perpendicular a armadura principal 123 5.9.2.2 Parede paralela armadura principal 124 5.10 Dimensionamento das lajes macias 127 5.10.1 Verificao das tenses tangenciais 127 5.10.1.1 Lajes sem armadura para fora cortante 127 5.10.2 Verificao das tenses normais - clculo das armaduras 128 5.10.2.1 Clculo das armaduras longitudinais de trao 128 5.11 Distribuio das armaduras de flexo 133 5.11.1 Armaduras junto face inferior da laje (positivas) 134 5.11.2 Armadura junto face superior da laje ( negativas ) 134 5.11.3 Momentos volventes 136 5.12 Verificao dos estados limites de servio 136 5.12.1 Estado limite de deformao excessiva 136 5.12.1.1 Estado limite de formao de fissura 136 5.12.1.2 Estado limite de deformao 137 5.12.1.3 Estado limite de fissurao 139 Referncias bibliogrficas 142 6. Exemplo de projeto de pavimento de edifcio 6.1 Introduo 143 6.2 Escolha da forma estrutural 144 6.3 Verificao das dimenses indicadas na planta arquitetnica 145 6.4 Clculo das distncias entre as faces das vigas 146 6.5 Dime