análise da influência da rigidez das ligações viga-pilar em estruturas de concreto armado de ...

74 Pages·2016·2.81 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL

ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DA RIGIDEZ DAS
LIGAÇÕES VIGA-PILAR EM ESTRUTURAS DE
CONCRETO ARMADO DE MÚLTIPLOS PAVIMENTOS

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO EM ENGENHARIA
CIVIL

Willian Tibulo Neves

Santa Maria, RS, Brasil
Dezembro, 2016
ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DA RIGIDEZ DAS
LIGAÇÕES VIGA-PILAR EM ESTRUTURAS DE
CONCRETO ARMADO DE MÚLTIPLOS PAVIMENTOS

por

Willian Tibulo Neves

Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil,
Centro de Tecnologia da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM,RS),
com requisito parcial para obtenção de grau de
Engenheiro Civil

Orientador: Almir Barros da Silva Santos Neto

Santa Maria, RS, Brasil
Dezembro, 2016
Universidade Federal de Santa Maria
Centro de Tecnologia
Curso de Engenharia Civil

A Comissão Examinadora, abaixo assinada, aprova o Trabalho de Conclusão de
Curso:

ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DA RIGIDEZ DAS LIGAÇÕES VIGA-
PILAR EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO DE MÚLTIPLOS
PAVIMENTOS

elaborado por
Willian Tibulo Neves

como requisito parcial para obtenção do grau de
Engenheiro Civil

Comissão Examinadora

Almir Barros da Silva Santos Neto
(Presidente/Orientador)

Marcos O. Vaghetti (UFSM)

André Lübeck (UNIPAMPA)

Santa Maria, Dezembro de 2016
AGRADECIMENTO

Aos meus pais, Eldeni e Waldir, pela educação que me deram, pelo suporte e carinho
que me guiou até o fim da graduação.
Ao meu orientador, professor Almir Barros da Silva Santos Neto, símbolo do magistério
exercido com dedicação e retidão profissional. Pelas conversas que fizeram possível a
existência do presente trabalho e as opiniões sinceras que o levaram ao formato final.
À Pricila Kolling, pelo carinho e amizade, pela motivação e os bons momentos que me
proporcionou durante o último ano e durante a realização deste trabalho.
Ao Eng. Vinicius Estivallet, pela simples e honesta amizade que nos toca, e pela ajuda
e troca de materiais durante a composição desse trabalho.
Aos demais membros do corpo docente da Universidade Federal de Santa Maria, aos
colegas e amigos, agradeço pelos conhecimentos transmitidos nesses anos de graduação e
amizade que me proporcionaram.
“And death grows like a tree,
that’s planted in my chest
its roots are in my feet,
I walk so it won’t rest”
(Asaf Avidan)
RESUMO

Trabalho de Conclusão de Curso
Curso de Graduação em Engenharia Civil
Universidade Federal de Santa Maria

ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DA RIGIDEZ DAS LIGAÇÕES
VIGA-PILAR EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO DE
MÚLTIPLOS PAVIMENTOS

AUTOR: WILLIAN TIBULO NEVES
ORIENTADOR: ALMIR BARROS DA SILVA SANTOS NETO
Data e Local da Defesa: Santa Maria, 19 de dezembro de 2016.

O presente trabalho tem como objetivo analisar a influência da rigidez das
ligações viga-pilar em estruturas de concreto armado monolítico de múltiplos
pavimentos. Para tanto, por meio de um programa comercial de cálculo
estrutural, Eberick V10, analisou-se 9 modelos estruturais de uma mesma
edificação variando-se o número de pavimentos entre 6, 9 e 12 pavimentos e o
grau de restrição das ligações viga-pilar, para ligações rígidas e ligações
deformáveis. As seções de pilares, vigas e lajes são mantidas constantes para
todas as edificações à fim de eliminar variáveis e avaliar apenas a influência
da rigidez das ligações viga-pilar na estrutura.
Como conclusão, percebe-se que a redução da rigidez das ligações causam
impactos na deslocabilidade horizontal da estrutura, na redistribuição de
esforços, nos fatores 𝛾 e no efeito P-Delta. Ainda se pode observar que os
𝑧
acréscimos ocorridos nos parâmetros analisados são maiores à medida que se
aumentam o número de pavimentos das edificações.
Por fim, tendo em vista os resultados obtidos nesse trabalho, recomenda-se
que a rigidez das ligações viga-pilar seja analisada em projetos de estruturas
de concreto armado moldado no local.
LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Pórtico de ligações rígidas ................................................................................................ 11
Figura 2 Pórtico de ligações articuladas ......................................................................................... 12
Figura 3 Pórtico de ligações semirrígidas ....................................................................................... 12
Figura 4 Rotação relativa dos nós ................................................................................................... 13
Figura 5 Pórtico espacial ................................................................................................................ 17
Figura 6 Graus de liberdade ............................................................................................................ 17
Figura 7 Grelha ............................................................................................................................... 18
Figura 8 - Curva momento-rotação de uma ligação semirrígida .................................................... 20
Figura 9 Definição de nó de pórtico ............................................................................................... 21
Figura 10 Geometrias usuais de ligações viga-pilar internas .......................................................... 22
Figura 11 Geometrias usuais de ligações viga-pilar externa .......................................................... 22
Figura 12 Fenômenos associados à deterioração mecânica de ligações viga-pilar ......................... 23
Figura 13 Classificação dos nós de pórtico .................................................................................... 25
Figura 14 Forças solicitantes em nós externos ............................................................................... 25
Figura 15 Pórtico submetido a ações laterais: a) Momentos fletores nos elementos estruturais: b)
Variação dos esforços solicitantes em um nó. ....................................................................................... 26
Figura 16 Solicitações em nós internos - Ações gravitacionais(verticais) e Ações horizontais ..... 27
Figura 17 Relação momento-rotação na ligação viga-pilar e exemplo ilustrativo.......................... 29
Figura 18 - Fator de restrição à rotação .......................................................................................... 29
Figura 19 Mecanismos de deformações em ligações viga-pilar de extremidade ............................ 31
Figura 20 Efeitos de 2º ordem ........................................................................................................ 33
Figura 21 Diagrama de tensão-deformação do concreto: (a) linear ; (b) não-linear .......... 34
Figura 22 - Relação momento-curvatura ............................................................................ 35
Figura 23 Reações na barra vertical indeformada .............................................................. 36
Figura 24 Reações na barra vertical deformada ................................................................. 37
Figura 25 Situações onde não é recomendável aplicar o coeficiente 𝛾𝑧 ......................................... 41
Figura 26 Estados não deformado e deformado da estrutura .......................................................... 42
Figura 27 Comparação gráfica entre métodos de análise ............................................................... 43
Figura 28 Efeito P-δ ........................................................................................................................ 44
Figura 29 Efeito P-∆ ....................................................................................................................... 44
Figura 30 Incrementos equivalentes de forças em cada nível. ........................................................ 45
Figura 31 Momentos e forças laterais equivalentes para o cálculo do efeito P-Delta .................... 46
Figura 32 Aproximação permitida em apoios extremos ................................................................. 50
Figura 33 Deslocamentos horizontais do pórtico de contraventamento para diferentes graus de
flexibilidade dos nós ............................................................................................................................. 51
Figura 34 Momentos fletores em um pilar do pórtico considerando-o com nós rígidos e nós flexíveis
............................................................................................................................................................... 52
Figura 35 Planta Baixa da edificação ............................................................................................. 54
Figura 36 Planta de forma ............................................................................................................... 54
Figura 38 Indicação das direções analisadas .................................................................................. 55
Figura 39 Isopletas da velocidade básica (m/s) .............................................................................. 57
Figura 40 Coeficiente de arrasto para edificações paralelepipédicas em vento de baixa turbulência
............................................................................................................................................................... 58
Figura 41 Fator S2 .......................................................................................................................... 58
Figura 42 Deslocamentos horizontais em Y ................................................................................... 60
Figura 43 Deslocamentos horizontais causados por imperfeições globais ..................................... 61
Figura 44 Fator de estabilidade global 𝛾𝑧 ....................................................................................... 62
Figura 45 Fator de estabilidade global P-Delta para combinação de vento em Y .......................... 63
Figura 46 Diagramas de momento fletor para viga V1 para a edificação de 6 pavimentos ........... 64
Figura 47 Diagramas de momento fletor para viga V1 para a edificação de 9 pavimentos ........... 65
Figura 48 Diagramas de momento fletor para viga V1 para a edificação de 12pavimentos .......... 66
Figura 49 Momento no topo do pilar P1 do primeiro pavimento ................................................... 67

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 classificação das ligações semirrígidas em estruturas pré-moldadas .................. 30
Tabela 2 Valores do coeficiente 𝛾z em função do grau de flexibilidade 𝛽 ........................ 51
Tabela 3 Peso específico dos materiais de construção ....................................................... 55
Tabela 4 Sobrecargas de norma .......................................................................................... 55
Tabela 5 Coeficientes e fatores de análise do vento ........................................................... 59
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................................ 10
1.1 JUSTIFICATIVA ................................................................................................................... 13
1.2 OBJETIVOS ............................................................................................................................. 15
1.2.1 Objetivo Geral .................................................................................................................... 15
1.2.2 Objetivos específicos ..................................................................................................... 15
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................................................... 15
2.1 ANÁLISE ESTRUTURAL ........................................................................................................... 15
2.2 MODELOS ESTRUTURAIS ...................................................................................................... 16
2.2.1 Pórticos Espaciais ........................................................................................................... 16
2.2.2 Grelhas ........................................................................................................................... 18
2.3 LIGAÇÔES .............................................................................................................................. 19
2.3.1 Ligação Viga-Pilar ........................................................................................................... 21
2.4. ESTABILIDADE GLOBAL ........................................................................................................ 32
2.4.1 Não-linearidade física e geométrica .............................................................................. 33
2.4.2 Parâmetros de verificação de estabilidade global ......................................................... 37
2.4.3 Parâmetro de instabilidade 𝛼 ........................................................................................ 38
2.4.4 Coeficiente 𝛾𝑧 ................................................................................................................ 39
2.4.5 Processo P-∆ .................................................................................................................. 42
2.4.6 Processo P-Delta no programa Eberick – AltoQI ........................................................... 48
2.4.7 Fatores que influenciam a estabilidade global .............................................................. 48
2.4.8 Redistribuição de esforços ............................................................................................. 48
2.4.9 Importância da rigidez das ligações na estabilidade global ........................................... 50
3. METODOLOGIA........................................................................................................................... 52
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES. ..................................................................................................... 59
5. CONCLUSÃO ............................................................................................................................... 68
REFERÊNCIAS .................................................................................................................................. 69
ANEXO A ......................................................................................................................................... 71
10

1. INTRODUÇÃO

Por concreto armado, entende-se o concreto com barras de aço nele imersas – o concreto
é considerado “armado” com uma armadura de aço (dizia-se armiert devido ao francês béton
armé) (MÖRSCH, 1929). O concreto armado é, pois, um material de construção composto no
qual a ligação entre o concreto e a armadura de aço é devida à aderência do cimento e a efeitos
de natureza mecânica (LEONHARDT & MÖNNING, 1972).
Desde a criação do cimento Portlad pelo francês J. Aspdin em 1824 e então a adoção de
armaduras pela primeira vez, em 1855 pelo francês J. L. Lambot o qual construiu um barco com
argamassa reforçada com ferro, o francês J. Monier em 1861 construiu um vaso de flores de
concreto com armadura de arame e em 1867 F. Coignet apresenta na Exposição Internacional
de Paris, vigas e tubos de concreto armado. Em 1873 o americano W.E. Ward construiu uma
casa de concreto armado nominada Ward’s Castle, que existe até os dias de hoje, seguido por
outros percursores como: T. Hyatt, F. Hennebique, M. Koenen, Mörsch e C.W. F. Döhring.
Como qualquer material estrutural este possui vantagens e desvantagens, Carvalho e
Filho (2015) citam como vantagens: apresentar boa resistência à maioria das solicitações,
possuir boa trabalhabilidade se adaptando a várias formas dando maior liberdade ao projetista,
permite obter estruturas monolíticas facilitando a transmissão de esforços, o que não ocorre
para outras estruturas, como as de aço, madeira e pré-moldadas, as técnicas de execução são
razoavelmente dominadas em todo o país, é um material durável e apresenta boa resistência ao
fogo, desde que bem executado e apresenta resistência a choque e vibrações, efeitos térmicos,
atmosféricos e desgastes mecânicos.
Como desvantagens: resulta em elementos com maiores dimensões e devido ao peso
específico alto (𝛾 ≈ 25kN/m³) acarreta em peso próprio elevado, as reformas e adaptações são
de difícil execução na maioria dos casos, é um bom condutor de calor e som, exigindo em
alguns casos a associação com outros materiais para sanar esses problemas, e se faz necessário
um sistema de fôrmas e escoramentos, que geralmente precisam permanecer no local até que o
concreto alcance a resistência adequada.
As estruturas de concreto armado possuem grande importância na sociedade atual, visto
que com o aumento constante da população nos grandes centros urbanos faz-se uso cada vez