modelagem de pórticos de concreto armado para a análise da contribuição dos painéis de ...

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

MODELAGEM DE PÓRTICOS DE CONCRETO ARMADO PARA
A ANÁLISE DA CONTRIBUIÇÃO DOS PAINÉIS DE ALVENARIA
NA RIGIDEZ DA ESTRUTURA

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

Igor José Binsfeld

Santa Maria, RS, Brasil

2016
MODELAGEM DE PÓRTICOS DE CONCRETO ARMADO PARA
A ANÁLISE DA CONTRIBUIÇÃO DOS PAINÉIS DE ALVENARIA
NA RIGIDEZ DA ESTRUTURA

por

Igor José Binsfeld

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação
em Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM),
como requisito parcial para obtenção do grau de
Engenheiro Civil

Orientador: Prof. Dr. João Kaminski Junior

Santa Maria, RS, Brasil

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

MODELAGEM DE PÓRTICOS DE CONCRETO ARMADO PARA
A ANÁLISE DA CONTRIBUIÇÃO DOS PAINÉIS DE ALVENARIA
NA RIGIDEZ DA ESTRUTURA

elaborado por
Igor José Binsfeld

como requisito parcial para a obtenção do grau de
Engenheiro Civil

Comissão examinadora:

Prof. Dr. João Kaminski Junior
(Presidente/Orientador)

Prof. Dr. Marco Antônio Silva Pinheiro

Prof. Dr. Almir Barros da Silva Santos Neto

Santa Maria, dezembro de 2016
Dedico este trabalho aos meus pais,
que com apoio e carinho não mediram
esforços para fazer-me chegar nesta
etapa de minha vida.
AGRADECIMENTOS

A meus pais por sempre me incentivarem a estudar e buscar meu próprio caminho
na vida com seus ensinamentos.
À oportunidade de viver em um país em que é possível ter estudo de qualidade em
nível superior de graça.
A todos meus amigos e familiares que contribuíram de alguma forma para que eu
esteja neste estágio da minha vida hoje.
À Universidade Federal de Santa Maria, a todo o corpo docente do curso de
engenharia civil pelos ensinamentos passados a mim, em especial ao professor
João Kaminski Junior pela orientação neste trabalho de conclusão de curso e aos
servidores que contribuíram para o meu dia a dia durante 5 anos.
RESUMO

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

MODELAGEM DE PÓRTICOS DE CONCRETO ARMADOPARA
A ANÁLISE DA CONTRIBUIÇÃO DOS PAINÉIS DE ALVENARIA
NA RIGIDEZ DA ESTRUTURA

AUTOR: IGOR JOSÉ BINSFELD
ORIENTADOR: Prof. Dr. JOÃO KAMINSKI JUNIOR.
Santa Maria, 23 de dezembro de 2016.

Este trabalho desenvolve um estudo sobre pórticos de concreto armado em
estruturas de edifícios de múltiplos andares, preenchidos com blocos de alvenaria de
vedação, com o objetivo de analisar a contribuição dos painéis de alvenaria e dos
pavimentos superior e inferior na rigidez da estrutura. Para tal, são utilizados
programas de análise estrutural de estruturas reticuladas e de elementos finitos
planos (elementos de chapa). O estudo se justifica, pois com a consideração dos
painéis de alvenaria a análise estrutural fica mais próxima da realidade, ou seja,
estrutura fica mais rígida, proporcionando que os elementos estruturais resultem
com menores dimensões e/ou com menores taxas de armadura, trazendo economia
na execução das estrutura. Além disso, ainda não existe uma regulamentação para
esta consideração, assim este trabalho também visa contribuir com o
desenvolvimento de um método para a consideração dos painéis de alvenaria no
dimensionamento da estrutura de concreto de edifícios.

Palavras-chave: Pórticos preenchidos; painéis de alvenaria; alvenaria de vedação;
rigidez da estrutura.
ABSTRACT

Undergraduate Final Work
Civil Engineering
Federal University of Santa Maria

NUMERICAL ANALYSIS OF REINFORCED CONCRETE FRAMES TO
ANALYZE THE STIFFNESS CONTRIBUTION OF SEALING
MASONRY TO THE STRUCTURE'S STIFFNESS

AUTHOR: IGOR JOSÉ BINSFELD
ADVISOR: JOÃO KAMINSKI JÚNIOR
Defense Place and Date: Santa Maria, December 23rd, 2016.

This paper has developed a study about reinforced concrete frames in
building's structures of multiple-storey filled in by sealing masonry. Its goal is to
analyze the contribution of masonry panels and superior and inferior storey at the
structure's stiffness. For that it had been used a bi-dimensional structural analysis
software for reticulated structures and a plane finite element analysis software (plate
elements). Furthermore, this study is justified by the reality of the results. Due to the
consideration of the structural behavior of masonry panels in the analysis, the result
is closer to reality and there are gains in the structure's stiffness, in other words,
structural elements can be designed with smaller dimensions and/or with smaller
steel rate, thus bringing an economical factor to the question. Adding to it, so far
there is no method or regulation to manage this consideration, hence this work looks
forward to contribute with the development of a method for the consideration of
masonry panels in the reinforced concrete buildings design.

Keywords: Filled frames, sealing masonry, structure's stiffness, masonry panel.
LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Discretização de um pórtico de concreto armado preenchido com
alvenaria através de elementos finitos planos com malha de 5 x 5 cm. .................... 22
Figura 2 - Trecho rígido. ............................................................................................ 23
Figura 3 - Modelos para alvenaria: (a) elementos da alvenaria; (b) micromodelagem
detalhada; (c) micromodelagem simplificada; (d) macromodelagem. ....................... 24
Figura 4 - Modelo com 1 pavimento .......................................................................... 25
Figura 5 - Modelo com 3 pavimentos ........................................................................ 26
Figura 6 - Bloco cerâmico com furos na horizontal. .................................................. 27
Figura 7 - Bloco cerâmico com furos na vertical. ....................................................... 27
Figura 8 - Deformada do modelo com 1pavimento com força horizontal F aplicada. 30
Figura 9 - Modelo 3 Pavimentos com força aplicada. ................................................ 31
Figura 10 - Elemento PLANE182. ............................................................................. 32
Figura 11 - Geometria do elemento CONTA172. ...................................................... 33
Figura 12 - Penetração de uma superfície de contato numa superfície alvo
controlado por FKN. .................................................................................................. 34
Figura 13 - Gráfico - Penetração máxima x FKN - Modelo com 1 pavimento............ 35
Figura 14 - Gráfico - Penetração máxima x FKN - Modelo com 3 pavimentos. ......... 35
Figura 15 - Parâmetro FTOLN ................................................................................... 36
Figura 16 - Tensões principais de tração no painel do modelo com 1 pavimento ..... 41
Figura 17 - Tensões principais de tração no painel do pórtico intermediário do
modelo com 3 pavimentos......................................................................................... 42
Figura 18 - Tensões principais de compressão no painel do modelo com 1 pavimento
.................................................................................................................................. 43
Figura 19 - Tensões principais de compressão no painel do pórtico intermediário do
modelo com 3 pavimentos......................................................................................... 43
Figura 20 - Tensões máximas de cisalhamento no painel do modelo com 1
pavimento .................................................................................................................. 44
Figura 21 - Tensões máximas de cisalhamento no painel do pórtico intermediário do
modelo com 3 pavimentos......................................................................................... 45
Figura 22 - Pressões de contato no painel do modelo com 1 pavimento .................. 47
Figura 23 - Pressões de contato no painel do pórtico intermediário do modelo com 3
pavimentos ................................................................................................................ 47
Figura 24 - Penetração máxima no painel do modelo com 1 pavimento ................... 48
Figura 25 - Penetração máxima no painel do pórtico intermediário do modelo com 3
pavimentos ................................................................................................................ 49
LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Resistência à compressão dos blocos cerâmicos. ...................................... 27
Tabela 2 - Módulo de elasticidade longitudinal dos blocos cerâmicos ........................ 28
Tabela 3 - Forças obtidas nos modelos do Ftool. .......................................................... 31
Tabela 4 - Calibração do FKN no modelo com 1 pavimento (parede com E= 450
MPa) ................................................................................................................................... 38
Tabela 5 - Calibração do FKN no modelo com 3 pavimentos (parede com E= 450
MPa) ................................................................................................................................... 38
Tabela 6 - Comparação entre forças e deslocamentos horizontais nos dois modelos.
............................................................................................................................................ 39
Tabela 7 - Comparação entre pórticos preenchidos e pórticos sem preenchimento . 40
Tabela 8 - Comparação das tensões nos modelos. ...................................................... 46
SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS ____________________________________________ 8
LISTA DE TABELAS ____________________________________________ 9
SUMÁRIO ____________________________________________________ 10
1 INTRODUÇÃO ___________________________________________ 11
1.1. Considerações iniciais ____________________________________________________ 11
1.2. Justificativa ____________________________________________________________ 12
1.3. Objetivo geral __________________________________________________________ 12
1.4. Objetivos específicos _____________________________________________________ 12
2 REVISÃO DA LITERATURA ______________________________ 14
2.1 Alvenaria ______________________________________________________________ 14
2.2 Concreto armado _______________________________________________________ 15
2.3 Pórticos preenchidos _____________________________________________________ 16
3 CONCEITOS FUNDAMENTAIS ____________________________ 20
3.1 Análise estrutural _______________________________________________________ 20
3.2 Método dos Elementos Finitos _____________________________________________ 20
3.3 Trechos rígidos _________________________________________________________ 22
3.4 Modelagem ____________________________________________________________ 23
4 ANÁLISE NUMÉRICA ____________________________________ 25
4.1 Propriedades dos modelos ________________________________________________ 25
4.2 Propriedades dos painéis de alvenaria ______________________________________ 26
4.3 Propriedades da estrutura de concreto armado ______________________________ 29
4.4 Definição da força horizontal aplicada nos modelos ___________________________ 30
4.5 Micromodelagem _______________________________________________________ 31
4.5.1 Problema do contato _____________________________________________________ 33
5 RESULTADOS ___________________________________________ 38
5.1 Calibração do FKN ______________________________________________________ 38
5.2 Comparação entre a macromodelagem e a micromodelagem ___________________ 39
5.3 Contribuição do painel de alvenaria na rigidez do pórtico e influência dos pavimentos
superior e inferior _____________________________________________________________ 40
5.4 Tensões nos painéis de alvenaria ___________________________________________ 41
5.5 Avaliação da pressão de contato entre o pórtico de concreto e o painel de alvenaria 46
6 CONCLUSÕES ___________________________________________ 50
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ________________________ 51