O Congresso Brasileiro Interdisciplinar em Ciência e Tecnologia

Anais do V CoBICET – Trabalho completo[pic 1]

Congresso Brasileiro Interdisciplinar em Ciência e Tecnologiaa

26 a 30 de agosto de 2024

ANÁLISE DA ESTABILIDADE GLOBAL DE UM EDIFÍCIO EM CONCRETO ARMADO COM VARIAÇÃO NA TIPOLOGIA DAS LAJES

Resumo:  O estudo realizado tem como objetivo avaliar a estabilidade global de uma edificação com múltiplos pavimentos considerando três tipos de laje: maciças, nervuradas e treliçadas. O edifício foi modelado no software AltoQi Eberick, utilizando o modelo integrado, uma das formas de análise do programa. Ao final da análise as estruturas que adotaram lajes maciças apresentaram maior eficiência nos parâmetros de estabilidade global em comparação com as lajes nervuradas, especialmente nos casos com edificações de maior esbeltez, como nos modelos de 20 e 30 pavimentos. Já as lajes treliçadas apresentaram os piores resultados e podem ser evitadas em edifícios altos.

Palavras-chave: Estabilidade global; Tipos de laje; AltoQi Eberick; Modelo Integrado.

INTRODUÇÃO

É sabido que, no Brasil, o sistema construtivo mais difundido é o concreto armado. Além disso, com o aumento da densidade demográfica nos grandes centros urbanos, a construção de edifícios esbeltos tornou-se corriqueira.

Neste aspecto, em estruturas altas, é comum que o engenheiro se depare com problemas de instabilidade na edificação, sejam elas globais ou locais. Para analisar a estabilidade global de uma edificação diversos desafios foram superados há pouco tempo. Kimura (2007) aborda que as transformações tecnológicas ocorridas nas últimas décadas permitiram que análises complexas de edifícios, que levavam dias, levem minutos.

Ao se deparar com problemas de instabilidade estrutural, engenheiros recorrem a formas distintas de estabilizar a estrutura, como a inclusão de núcleos rígidos, alteração de posicionamento e seção de pilares, a construção de pavimentos outiggers ou a modificação do tipo de laje.

A literatura de Camicia (2017) aponta que a adoção de lajes maciças se mostra uma alternativa eficaz para controlar os deslocamentos horizontais em prédios esbeltos. Dessa maneira, este trabalho trata como a rigidez de diferentes tipos de laje contribuem para a melhora da estabilidade global da estrutura, abordando conceitos como efeitos de segunda ordem, não linearidade geométrica e física, coeficiente Gama-Z, estruturas de nós fixos e móveis, utilizando o Modelo Integrado de processamento presente no Eberick.

Este trabalho aborda a influência de três tipos de laje na estabilidade global de um edifício de múltiplos pavimentos, seguindo a norma ABNT NBR 6118:2023.

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Efeitos de segunda ordem, NLG e NLF

De acordo com Kimura (2007), a não linearidade geométrica (NLG) gera uma resposta não linear de uma estrutura, isto é, desproporcional à medida que um carregamento é aplicado. Além disso, Kimura (2007) afirma que esse comportamento ocorre em razão de mudanças na geometria dos elementos estruturais à medida que um carregamento é aplicado ao edifício.

Os esforços de segunda ordem acontecem ao considerar as imperfeições na estrutura provenientes das cargas verticais e horizontais (Figura 1).

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Figura 1. Efeitos de segunda ordem.

Os efeitos de primeira ordem ocorrem sem considerar a deformidade que acontece nas estruturas, ou seja, em sua forma inicial (Figura 2).

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Figura 2. Efeitos de primeira ordem.

Por outro lado, a não linearidade física (NLF) advém das diferentes propriedades físicas dos distintos materiais presentes no concreto armado. Passos et al. (2016) afirmam que o concreto armado é constituído de materiais com propriedades físicas variadas, formando um elemento anisotrópico, heterogêneo, com módulo de elasticidade que varia em cada ponto da curva do diagrama de tensão-deformação e, por isso, não respeita a Lei de Hooke. Nesse sentido, para analisar a estabilidade das estruturas em relação aos momentos de segunda ordem, a ABNT NBR 6118:2023 define como obrigatório a análise da não linearidade física do concreto armado.

Moncayo (2011) expõe que, na prática, a diferença entre ser considerada ou não a NLF está relacionada ao módulo de elasticidade do concreto.

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Figura 3. Diagrama tensão-deformação do concreto: (a) linear; (b) não-linear.

É possível observar, na Figura 3 (b), que para valores distintos de tensões (σ), o concreto armado tem diferentes valores de módulos de elasticidade como resposta. De maneira inversa para a Figura 3 (a), onde tensões distintas geram o mesmo valor de módulo de elasticidade.

Coeficiente Gama-Z

A ABNT NBR 6118:2023 define, em seu item 15.1, o parâmetro Gama-Z (γz) como um coeficiente de majoração dos esforços globais de 1ª ordem devidos aos carregamentos horizontais para obtenção dos esforços finais de 2ª ordem, isto é, um parâmetro para avaliar a sensibilidade da estrutura aos efeitos de segunda ordem. Este parâmetro foi proposto por Franco e Vasconcelos (1991).

Em seu item 15.5.3, a ABNT NBR 6118:2023 descreve a expressão, limitada a estruturas reticuladas de no mínimo quatro andares, que caracteriza o valor de γz para cada combinação de carregamento:

(1)[pic 5]

Onde:

∆Mtot,d         é a soma dos produtos de todas as forças verticais atuantes na estrutura, na combinação considerada, com seus valores de cálculo, pelos deslocamentos horizontais de seus respectivos pontos de aplicação, obtidos da análise de 1ª ordem;

M1,tot,d         é o momento de tombamento, ou seja, a soma dos momentos de todas as forças horizontais da combinação considerada, com seus valores de cálculo, em relação à base da estrutura.

A ABNT NBR 6118:2023 limita, em seu item 15.7.2, o valor de γz em até 1,30. Em contrapartida, Franco e Vasconcelos (1991) e, em momento posterior, Pinto (1997) expõem que valores coerentes para γz estão entre 1,00 e 1,20. De acordo com Pinto (1997), valores maiores que 1,20 devem ser evitados levando-se em conta o fato de que nas faixas intermediárias, onde os valores dos esforços devidos à ação horizontal são maiores, a estimativa se mostra contra a segurança.