Dimensionamento de paredes de concreto armado moldadas no local para a máxima tensão normal de compressão

Resumos

It is important to evaluate which designing models are safe and appropriate to structural analysis of buildings constructed in Concrete Wall system. In this work it is evaluated, through comparison of maximum normal stress of compression, a simple numerical model, which represents the walls with frame elements, with another much more robust and refined, which represents the walls with shells elements. The designing of the normal stress of compression it is done for both cases, based on NBR 16055, to conclude if the wall thickness initially adopted, it is enough or not.

reinforced concrete walls; numerical models; normal stress of compression

Departamento de Engenharia de Estruturas e Geotécnica, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, Brasil. E- mail: [e-mail]; [e-mail]

RESUMO

É fundamental se conhecer quais modelos numéricos são seguros e pertinentes para a análise estrutural de edificações construídas pelo sistema Paredes de Concreto. Neste trabalho é avaliado, por meio da comparação da máxima tensão normal de compressão, um modelo numérico mais simples, que discretiza as paredes em elementos de barra, com outro mais robusto e refinado que discretiza as paredes com elementos de casca. A verificação do dimensionamento da máxima tensão normal de compressão é realizada para os dois casos, considerando as premissas da norma brasileira NBR 16055 a fim de concluir se a espessura das paredes adotada inicialmente é suficiente ou não.

Palavras-chave: paredes de concreto armado; modelos numéricos; tensão normal de compressão.

1. Introdução

Desde meados de 2007, um aumento significativo de unidades construídas pelo sistema Paredes de Concreto tem influenciado o mercado da construção habitacional no Brasil. Em abril de 2012, foi publicada uma norma brasileira que trata exclusivamente desse sistema. Além disso, o desafio em minimizar o déficit habitacional estimula a utilização desse método alternativo, pois quando aplicado adequadamente proporciona alta produtividade e menor custo em relação a outros métodos construtivos. Como se trata de um método construtivo cujo principal conceito é a industrialização da construção, cabe ressaltar que é necessário levar em conta o tempo de execução da estrutura (uma vantagem do sistema Paredes de Concreto, por ser considerado rápido), para se fazer um comparativo de custos realista em relação ao método convencional, ou então à alvenaria estrutural, por exemplo. Em termos do projeto estrutural é de fundamental importância conhecer quais modelos numéricos são seguros e pertinentes para a análise estrutural de edificações construídas pelo sistema Paredes de Concreto. Esse trabalho apresenta a comparação de resultados de alguns modelos numéricos possíveis para o dimensionamento de uma parede de concreto para a máxima tensão normal de compressão, conforme a recente norma brasileira NBR 16055:2012 - Parede de concreto moldada no local para a construção de edificação - Requisitos e procedimentos [4].

1.1 Considerações iniciais

No projeto estrutural de edifícios construídos pelo sistema Paredes de Concreto, a espessura das paredes é uma das principais definições a serem feitas. Essa definição envolve diversas variáveis, como, por exemplo, a altura do prédio, as ações a que ele está submetido, a resistência dos materiais utilizados e as hipóteses de como essas paredes são representadas numericamente.

Normalmente as paredes de um edifício de Paredes de Concreto são submetidas a tensões normais de compressão que são preponderantes sobre as tensões normais de tração e tensões tangenciais. Desta maneira, a definição da espessura das paredes é feita em função da verificação da máxima tensão normal de compressão com a tensão última à compressão, essa última calculada por algum código normativo.

1.2 Objetivos

Este trabalho tem como objetivo comparar a máxima tensão normal de compressão na seção transversal crítica de paredes de concreto de um edifício, obtida por dois modelos numéricos distintos e, verificá-la com a resistência última à compressão calculada pela NBR 16055 [4]. A partir da comparação de resultados é objetivo avaliar a qualidade do modelo mais simples em relação ao modelo mais refinado e constatar se a espessura da parede adotada inicialmente é suficiente.

1.3 Método

Foi utilizado como estudo de caso o edifício Condomínio das Árvores construído em 2012 na cidade de São Bernardo do Campo pela construtora Sergus Construções e Comércio Ltda..

O edifício foi modelado utilizando-se o método dos elementos finitos. O primeiro modelo, chamado de Modelo em Elementos Finitos (MEF), e tido como modelo de referência para a comparação de resultados por ser o mais refinado, discretiza as paredes em elementos de casca. O segundo modelo discretiza as paredes em elementos de barra, seguindo as premissas do Modelo Pórtico Tridimensional (MPT).

Primeiramente a distribuição de cargas verticais nas paredes é realizada de acordo com cada modelo numérico. A força normal concentrada característica, obtida apenas por cargas verticais, é comparada entre os dois modelos ao nível da fundação, a fim de verificar as diferenças.

Em seguida as forças normais e momentos fletores característicos obtidos de algumas paredes, considerando apenas as ações horizontais, são comparados por meio de seus diagramas.

A combinação de ações verticais e horizontais é realizada para se obter a máxima tensão normal de compressão. Este resultado é comparado entre os dois modelos em algumas paredes do edifício estudado.

Por fim, calcula-se a resistência última à compressão utilizando-se a expressão dada na norma NBR 16055 [4], e verifica-se se a espessura das paredes do edifício estudado, adotada inicialmente, é suficiente para resistir às tensões normais de compressão.

Ressalta-se que a NBR 16055 [4] abrange conceitos que vão além da NBR 6118:2007 - Projeto de estruturas de concreto - Procedimentos [1], como por exemplo a definição de parede de concreto. Segundo a NBR 16055 [4], em seu item 14.4, uma parede de concreto é definida quando o comprimento da parede for maior ou igual a dez vezes a sua espessura. A NBR 6118 [1] define pilar-parede, em seu item 14.4.2.4, quando a maior dimensão da seção transversal de um pilar for maior ou igual a 5 vezes a sua menor dimensão. Outra observação, é que o presente trabalho trata de paredes, e não viga-paredes. Ou seja, as paredes de concreto analisadas têm apoio contínuo em todo sua base, diferente das vigas-parede que têm apoios discretos.

Os modelos numéricos (MEF e MPT) foram desenvolvidos no software SAP2000 - versão 15, baseado no Método dos Elementos Finitos, considerando análise elástica linear. A interação entre o solo e a estrutura não foi considerada.

2. Estudo de caso

Utilizou-se uma adaptação do edifício Condomínio das Árvores do empreendimento Reserva Jardim Botânico, construído na cidade de São Bernardo do Campo, no ano de 2012, pela construtora Sergus Construções e Comércio Ltda., conforme Figura [1]. O projeto estrutural foi fornecido pela OSMB Engenheiros e Associados S/S Ltda.

A geometria do edifício foi adaptada em relação ao edifício construído com o objetivo de simplificar as modelagens numéricas. Contudo, suas características principais foram mantidas. Todas as medidas ficaram múltiplas de 40 cm, e o número de pavimentos foi adotado igual a quinze tipos, não havendo, portanto, a transição do térreo para o primeiro pavimento, nem o ático, previstos no projeto original. Considerou-se a distância entre pisos de 2,80 m. A Figura [2] mostra a planta do pavimento tipo com as paredes e os lintéis (regiões sobre e sob portas e janelas) de concreto armado, nomeados conforme as direções horizontal e vertical. Apesar das lajes maciças em concreto armado não estarem nomeadas na Figura [2], elas foram consideradas em toda planta, com espessura de 10 cm, exceto nos poços de elevador e pressurização e nos shafts de instalações, onde um furo é representado com um X. O poço de escada foi considerado como sendo uma laje maciça com 10 cm de espessura. O único pilar da estrutura, também em concreto armado, está localizado no poço de escada e é representado com uma hachura em vermelho.

3. Ações consideradas

3.1 Cargas verticais

As cargas verticais consideradas foram as permanentes (soma do peso próprio da estrutura com as cargas de revestimento das lajes) e as cargas acidentais (sobrecarga das lajes conforme NBR 6120 [2]). Para tanto, foram considerados:

• peso próprio dos elementos estruturais:

  = 250 kN/m

  ³;

• cargas permanentes das lajes (revestimentos):

  = 1,0 kN/m

  ²;

• cargas acidentais nas lajes:

  = 1,5 kN/m

  ².

Para o cálculo das reações das lajes nas paredes, utilizou-se o método das charneiras plásticas o qual se baseia na posição aproximada das linhas de ruptura que definem as áreas de influência das lajes sobre as paredes.

A Figura [3] apresenta as áreas de influência das lajes ao descarregar suas cargas pelo método das charneiras plásticas, em paredes e lintéis.

Os valores das áreas de influência (), comprimentos de influência (), ao longo do qual a carga da respectiva área de influência é distribuída em paredes e/ou lintéis e, as cargas concentradas (P) e distribuídas (p), que atuam no comprimento de influência, encontram-se na Tabela [1].

Corrêa e Ramalho [7] ressaltam que a definição de como a ação das lajes sobre as paredes que lhe servem de apoio se realiza, e também como ocorrem as interações entre paredes, são aspectos determinantes para se obter uma análise estrutural coerente das paredes.

3.2 Ações horizontais

Neste trabalho foram consideradas apenas as ações horizontais devido ao vento e ao desaprumo, centradas.

A norma ABNT NBR 6123:1988 - Forças devidas ao vento em edificações [5], permite transformar as pressões do vento que incidem perpendicularmente na superfície das paredes em forças estáticas. Para isso é necessário definir a velocidade característica do vento como indica a Equação [1]:

onde, é a velocidade característica do vento (m/s), é a velocidade básica do vento (m/s), é o fator topográfico, é o fator que considera a rugosidade do terreno e a variação da velocidade do vento com a altura do edifício e suas dimensões em planta e é o fator estatístico.

A pressão dinâmica do vento (N/m²) é determinada em função da velocidade característica conforme item 4.2 da NBR 6123 [5], descrita na Equação [2]:

Finalmente a força de arrasto que é a componente da força global do vento numa determinada direção é definida pela Equação [3]:

na qual, é a força de arrasto na direção do vento, é o coeficiente de arrasto conforme direção do vento e é a área frontal efetiva sobre um plano perpendicular à direção do vento.

O desaprumo causado por excentricidades originadas durante a construção de um edifício é considerado na estrutura por meio de forças horizontais equivalentes a esses deslocamentos. Conforme indica a NBR 16055 [4], para edifícios de múltiplos andares, deve ser considerado um desaprumo global através de um ângulo de desaprumo , calculado pela Equação [4]:

onde, é o ângulo de desaprumo (rad) e H a altura total do edifício (m).

A Equação [5] transforma o efeito do desaprumo em uma força horizontal equivalente (F_dp), em função de e da carga vertical total do pavimento, representada por .

4. Modelos numéricos

4.1 Modelo em elementos finitos

O Modelo em Elementos Finitos denominado neste trabalho se refere à discretização das paredes do edifício analisado, em elementos de casca plana quadrados, com nós apenas nos vértices. Foi utilizado o elemento Shell do software SAP2000 para tal modelagem, com dimensões 40 cm x 40 cm e espessura igual à da parede, adotada igual a 12 cm. O sistema de eixos local do elemento e seus quatro nós são apresentados na Figura [4]. Os graus de liberdade por nó do elemento são mostrados na Figura [5]. As lajes não foram discretizadas, e para simular seu comportamento, utilizou-se a ferramenta do diafragma rígido. A Figura [6] apresenta o Modelo em Elementos Finitos do edifício estudado.

4.2 Modelo pórtico tridimensional

O Modelo Pórtico Tridimensional, assim denominado por Nascimento Neto [8], é uma adaptação do modelo proposto por Yagui [11], o qual faz a discretização de núcleos rígidos em elementos de barra, travados horizontalmente pelas lajes atuando como diafragma rígido.

A adaptação do modelo Yagui [11] proposta por Nascimento Neto [8], e denominada Modelo Pórtico Tridimensional, tem pequenas alterações na formulação do elemento, tornando-o mais abrangente. Além disso, sua aplicação foi feita em sistemas estruturais compostos por paredes, como é o caso de edifícios construídos em Alvenaria Estrutural e Paredes de Concreto. Nunes [10] utilizou o Modelo Pórtico Tridimensional para a análise dos esforços de um edifício de Paredes de Concreto, assim como Nascimento Neto [8] o avaliou para o caso da Alvenaria Estrutural.

Diferente do modelo Yagui, o Modelo Pórtico Tridimensional considera a rigidez à flexão na direção de menor inércia da parede, pelo fato dela ser modelada por barras tridimensionais com seis graus de liberdade em cada extremidade. Contudo, a disposição e algumas características das barras no Modelo Pórtico Tridimensional, são as mesmas que no modelo Yagui, ou seja:

• a barra flexível vertical é posicionada no eixo vertical da parede, possuindo as características elásticas e geométricas do segmento de parede que substitui;

• além da deformação por flexão, a deformação por cisalhamento é considerada nas barras flexíveis verticais;

• as barras rígidas horizontais são dispostas ao nível do pavimento e ligam as extremidades das paredes à barra flexível vertical; a altura e espessura da seção transversal é igual à da parede que representa;

• os nós de extremidade das barras rígidas horizontais são articulados (exceto quando a extremidade é ligada à um lintel ou à outra barra rígida horizontal colinear), e o nó comum à barra flexível vertical é contínuo;

• as barras rígidas horizontais têm rigidez infinita à flexão no plano e simulam o comprimento das paredes e a interação entre elas.

É importante a consideração da deformação por cisalhamento nos elementos de barra vertical, devido às dimensões relativamente grandes das paredes quando comparadas a uma viga, por exemplo. Segundo a NBR 16055 [4], em seu item 14.3, para a consideração da parede como componente de um sistema estrutural de contraventamento, representada por elemento linear, é necessário considerar além da deformação por flexão, a deformação por cisalhamento. As barras horizontais são rígidas e, portanto, tal deformação não é considerada nelas.

A Figura [7] mostra o Modelo Pórtico Tridimensional em planta e em perspectiva.

Conforme Nascimento e Corrêa [9], as paredes que se interceptam são interligadas/conectadas por barras rígidas horizontais, de modo a considerar a interação que efetivamente se desenvolve entre paredes, a qual é simulada pelo esforço cortante que surge no nó de interseção. Assim, as barras rígidas horizontais não colineares que se encontram, tem este nó de extremidade e de interseção articulado, de forma que o único grau de liberdade associado a ele é a translação vertical.

A inclusão de lintéis também é possível nesse modelo, o que aumenta consideravelmente a rigidez do edifício. Quando considerados, é necessário que a ligação entre os lintéis e as barras horizontais rígidas seja contínua, de modo a simular a sua efetiva contribuição.

A Figura [8] mostra uma aplicação do Modelo Pórtico Tridimensional a fim de ilustrar algumas de suas características. Na Figura [8a], as paredes e lintéis são apresentadas com suas seções transversais "cheias". Na Figura [8b], observam-se as barras tridimensionais verticais e horizontais, com suas nomenclaturas. Analisando-se as extremidades das barras horizontais não colineares, nota-se que elas foram articuladas (a articulação é representada pelo círculo de cor verde). Percebe-se também que a continuidade entre as barras rígidas horizontais e lintéis foi mantida (exemplo: ligação da barra 102 com a barra 5). Também houve continuidade no encontro de barras verticais com as barras horizontais (exemplo: encontro da barra 1 com barras 101 e 102).

É importante lembrar que, como a parede é representada por uma barra vertical que tem as características geométricas da parede e por barras horizontais que têm altura e espessura iguais à da parede e simulam seu comprimento, é necessário desconsiderar o peso próprio das barras horizontais. Caso contrário, o peso da parede seria contabilizado duas vezes.

Nos estudos realizados neste trabalho, multiplicou-se por 100 a rigidez à flexão na direção de maior inércia, das barras rígidas horizontais, a fim de torná-las infinitamente rígidas no plano da parede.

A hipótese das lajes agindo como diafragma rígido também é considerada no Modelo Pórtico Tridimensional. Sendo assim, os nós iniciais e finais das barras verticais são associados ao nó mestre do respectivo pavimento. Dessa maneira, dos seis graus de liberdade em cada extremidade da barra vertical, três são "escravizados" ao nó mestre do pavimento, os quais são os relativos às duas translações horizontais e à rotação em torno do eixo longitudinal da barra vertical.

Como citado anteriormente, o Modelo Pórtico Tridimensional foi desenvolvido pelo método dos elementos finitos no software comercial SAP2000. Para modelar as barras rígidas horizontais e flexíveis verticais, utilizou-se o elemento Frame, da biblioteca de elementos finitos do programa, o qual tem formulação conforme Bathe e Wilson apud CSI [12]. A deformação por cisalhamento é considerada nesta formulação, no entanto, ela não foi considerada nas barras rígidas horizontais. O sistema de eixos local do elemento Frame pode ser visto na Figura [9] e os graus de liberdade por nó do elemento, na Figura [5]. A Figura [10] apresenta o Modelo Pórtico Tridimensional do edifício estudado.

4.3 Propriedades mecânicas do concreto

Considerou-se linearidade física para o material concreto utilizado nos dois modelos numéricos (MEF e MPT). As propriedades mecânicas consideradas para o material concreto foram: resistência à compressão de 25 MPa (25000 kN/m²), módulo de elasticidade secante E_CS= 24000000 kN/m², coeficiente de poisson V = 0,2 e peso específico = 250 kN/m³. O material foi considerado como isotrópico.

5. Resultados

5.1 Distribuição de cargas verticais

A Tabela [2] compara as forças normais concentradas oriundas apenas das carga verticais (), obtidas pelos modelos MEF e MPT ao nível da fundação. As células pintadas em verde significam que a diferença de resultado do MPT comparado ao MEF é menor ou igual, em valor absoluto, que 5%, mostrando uma excelente aproximação. Aquelas pintadas em amarelo significam que a diferença obtida foi, em valor absoluto, maior que 5% e menor ou igual a 15%, intervalo que qualifica os resultados como bons. As células pintadas em vermelho mostram diferenças acima de 15%, limite a partir do qual o resultado é considerado ruim.

O limite de 15% que classifica a diferença de resultados entre modelos de cálculo como ruim foi baseado no coeficiente que considera os possíveis erros de avaliação dos efeitos das ações, seja por problemas construtivos, seja por deficiência do método de cálculo empregado. Segundo a NBR 8681:2003 - Ações e segurança nas estruturas - Procedimentos [3], quando se consideram os estados limites últimos, os coeficientes de ponderação das ações podem ser considerados como o produto de , que considera a variabilidade das ações e, , podendo esse último ser adotado igual a 1,18. Isso significa que a precisão de um modelo de cálculo pode variar em até 18% sem que o grau de segurança da estrutura seja afetado.

A aproximação de resultados é muito boa, já que 93% das paredes apresentaram diferenças menores que 5%, 2% da paredes com diferenças entre 5% e 15%, e apenas 5% das paredes apresentaram resultados ruins.

As paredes PV14 e sua simétrica PV21, e as paredes PH23 e sua simétrica PH24, apresentaram diferenças de , entre os dois modelos analisados, maiores que 15% e até 20,3%. A parede PH23 interage com a parede PV14, e a parede PH24 interage com a parede PV21, de forma a uniformizar as cargas verticais a medida em que a parede se aproxima da fundação. Cada par dessas paredes formam, portanto, um grupo de paredes. Nota-se que os grupo das paredes PH23-PV14 e o das paredes PH24-PV21, estão ligados através de lintéis, a grupos de paredes muito maiores, que se encontram na região central do edifício. A interação entre grupos com grande rigidez com grupos de relativa pequena rigidez, através de apenas um lintel, pode ser a causa da diferença de resultados obtidos para esses casos, no entanto está hipótese precisa ser analisada.

Outro fator importante, e que torna o MPT a favor da segurança neste tipo de análise, é o fato de que todos os resultados classificados como ruins, apresentam forças normais maiores que o MEF.

A fim de demonstrar a verificação à máxima tensão normal de compressão, e de evitar o excesso de resultados, optou-se em apresentar os diagramas dos esforços solicitantes de duas paredes de contraventamento na direção horizontal (PH16 e PH34) e duas paredes de contraventamento na direção vertical (PV08 e PV15).

A Figura [11] apresenta os diagramas de força normal, considerando apenas a distribuição de cargas verticais, das paredes PH16, PH34, PV08 e PV15. Nota-se que a boa aproximação de resultados entre os modelos MPT e MEF ocorre ao longo de toda altura da parede.

5.2 Momento fletor e força normal devidos apenas às ações horizontais

A seguir são apresentados e comparados os diagramas de momento fletor e força normal obtidos pelos modelos MEF e MPT, das paredes PH16, PH34, PV08 e PV15, considerando apenas as ações horizontais.

Seguindo a notação vetorial e as direções do eixo global de coordenadas, apresentado na Figura [2], os resultados apresentados para as paredes PH16 e PH34 são momentos fletores característicos na direção Y () e para as paredes PV08 e PV15, são momentos fletores característicos na direção X ().

Os diagramas de momento fletor característico mostrados na Figura [12] evidenciam que o modelo MPT tende ao comportamento do MEF, no entanto deixam claro que há diferenças consideráveis de resultados. A Tabela [3] compara os maiores momentos fletores obtidos nas paredes analisadas. Em todas elas, a seção transversal ao nível da fundação, nível 0,00m, foi a que apresentou o maior valor de momento fletor. Nota-se que há diferenças de até 56,21% como é o caso da parede PH34.

Apesar dos modelos apresentarem comportamento parecido, analisando-se os diagramas de forças normais na Figura [13], evidencia-se a diferença da natureza entre o modelo de barras (MPT) e os modelos de cascas (MEF). No modelo de cascas, a parede é dicretizada ao longo de toda sua altura, fazendo com que os esforços e a interação entre paredes sejam melhores representados. O modelo de barras dicretiza cada parede com apenas uma barra vertical por pavimento e barras horizontais para simular a interação entre elas, ou seja é um modelo muito mais simples.

As forças normais provenientes apenas das ações horizontais no MPT são constantes em cada tramo das paredes, diferentemente do que ocorre no MEF, onde a distribuição desse esforço não é constante. Isso se justifica, pois no modelo de cascas a interação entre as paredes ocorre ao longo de toda altura do pavimento, por meio da compatibilidade de deslocamentos nodais, enquanto que no modelo de barras essa simulação é resumida com apenas uma força nodal aplicada ao nível do pavimento, no encontro das barras rígidas horizontais.

A Tabela [4] apresenta a diferença da máxima força normal obtida pelos modelos MEF e MPT. No caso da parede PH34 a diferença chega a 63,05%.

5.3 Máxima tensão normal de compressão

Ao dimensionar as paredes de concreto de um edifício utiliza-se o método dos estados limites, o qual é baseado em métodos probabilísticos que levam em consideração a variabilidade das ações e das resistências por meio de combinações de ações e coeficientes de ponderação para obtenção dos valores de cálculo.

Pode-se utilizar a combinação de ações C₁, apresentada na Equação [6], para se obter os esforços solicitantes que geram a condição mais desfavorável para a tensão normal de compressão de uma determinada seção transversal. Os coeficientes de ponderação foram adotados conforme indica a NBR 16055 [4].

Onde:

F_Cd : esforço que gera situação de máxima tensão normal de compressão;

P: peso próprio dos elementos estruturais;

G_LAJE: revestimento considerado nas lajes dos pavimentos;

Q_VENTO: ação do vento na direção da parede de contraventamento;

Q_LAJE: ação variável das lajes conforme NBR 6120;

Q_DESAP: ação do desaprumo na mesma direção do vento.

Ao verificar as tensões normais de compressão de uma parede de concreto, é preciso compor os esforços obtidos pelas cargas verticais (força normal), com os esforços obtidos pelas ações horizontais (momento fletor e força normal), conforme Equação [7].

Onde:

σ_Cd : tensão normal para a condição máxima de compressão;

N_Cd : força normal que gera situação de compressão máxima;

M_Cd : momento fletor que gera situação de compressão máxima;

A: área da seção transversal da parede;

W: módulo de resistência à flexão.

As Figuras [14] e ^[15] apresentam os diagramas de M_Cd e N_Cd das paredes analisadas, respectivamente.

A Tabela [5] compara as diferenças obtidas entre os modelos MPT e MEF, dos máximos momentos fletores característicos calculados considerando apenas as ações horizontais, e os máximos momentos fletores de cálculo, considerando a combinação de ações C₁, mostrando o nível onde eles ocorrem, e a diferença em porcentagem. Como o momento fletor é praticamente influenciado apenas pelas ações horizontais, a ordem de grandeza das diferenças obtidas quando se comparam os valores característicos e os valores de cálculo é praticamente a mesma.

A Tabela [6] compara as diferenças obtidas entre os modelos MPT e MEF, das máximas forças normais características calculadas considerando apenas as ações horizontais, e das máximas forças normais de cálculo, considerando a combinação de ações C₁, mostrando o nível onde elas ocorrem, e a diferença em porcentagem.

Observa-se no título dos diagramas de momento fletor, força normal e tensão de compressão de cálculo, o sentido em que as ações horizontais são mais desfavoráveis para o esforço solicitante apresentado da respectiva parede de contraventamento. Por exemplo, na parede PH16, as ações horizontais na direção X e no sentido 180^o são as mais desfavoráveis para o momento fletor M_{Cd ,y}.

Os resultados da Tabela [6] evidenciam que quando as forças normais oriundas das ações horizontais são combinadas com as forças normais provenientes das cargas verticais, as diferenças entre os modelos MPT e MEF se reduzem significativamente gerando resultados muito próximos. Isso porque, como visto nos diagramas da Figura [11], as diferenças entre os modelos são muito pequenas quando comparadas as forças normais obtidas apenas por cargas verticais. Além disso elas são muito maiores em relação às forças normais obtidas apenas pelas ações horizontais.

Com os momentos fletores e forças normais de cálculo apresentados, o diagrama de tensões normais da seção transversal, ao nível da fundação, a qual é a crítica em todas as paredes aqui analisadas, é traçado conforme Figuras [16] e ^[17].

Ratifica-se a qualidade do MPT pela proximidade ao MEF verificada nos diagramas de tensões normais traçados. As máximas tensões de compressão, comparadas na Tabela [7] reforçam esse fato. A maior diferença ocorre na parede PV15, onde a tensão máxima de compressão obtida pelo MPT é 19,78% menor que a obtida pelo MEF. Essa comparação é feita no ponto onde a seção transversal da parede está mais comprimida. Ao se comparar a distribuição das tensões normais ao longo de toda seção da parede PV15, essa diferença cai e chega próximo a zero em vários pontos, como mostra o diagrama da ^{Figura [17]}. A máxima tensão normal de compressão nas outras paredes tem resultados muito próximos entre os dois modelos, sendo 2,14% a maior diferença (depois da obtida na parede PV15) e 0,13% a menor.

5.4 Verificação do dimensionamento para máxima tensão normal de compressão

A verificação do dimensionamento para a máxima tensão de compressão é feita conforme indica a NBR 16055 [4]. A máxima tensão obtida deve ser menor que a tensão última à compressão. Calcula-se a tensão última a compressão dividindo-se o valor da resistência última à compressão pela espessura da parede. Calcula-se a resistência última à compressão conforme expressão do item 17.5.1 da NBR 16055 [4], apresentada abaixo na Equação [8].

Onde:

: resistência última à compressão por unidade de comprimento;

f_cd : resistência de cálculo à compressão do concreto;

: taxa geométrica da armadura vertical da parede, não maior que 1%;

: espessura da parede;

: resistência de cálculo do aço à compressão; ;

: módulo de elasticidade do aço;

: coeficiente redutor de resistência do aço igual a 1,15;

A definição dos coeficientes k₁ e k₂ dependem do índice de esbeltez da parede, que é definido pela Equação [9].

A Figura 2 da NBR 16055 [4], apresentada aqui na Figura [18] de forma adaptada, define o comprimento equivalente da parede, em função das suas vinculações.

O coeficiente k₁ é definido por k₁35 para qualquer valor de . Quando o índice de esbeltez estiver no intervalo 35 <

< 86, k₂ vale zero. Se o índice de esbeltez estiver no intervalo 86 << 120, k₂ é definido pela Equação [10].

Os coeficientes k₁ e k₂ consideram a minoração da resistência última à compressão referente à instabilidade localizada causada por efeitos de 2^a ordem. Para se ter ordem de grandeza, o gráfico da Figura [19] mostra o decréscimo da tensão última à compressão a medida que o índice de esbeltez aumenta, considerando f_ck = 25 MPa, = 365,2 MPa e = 0,1%. Ao traçar o gráfico, a expressão de resistência última à compressão, descrita na Equação [8], foi aplicada sem considerar a espessura da parede para que os valores ficassem em termos de tensão. A perda de resistência é visível e significativa quando 86, limite a partir do qual k₂ é diferente de zero e que, consequentemente, a influência da instabilidade localizada é bem maior. Caso se queira fazer uma análise mais precisa de instabilidades locais e localizadas, devem ser utilizadas as expressões dos itens 15.8 e 15.9 da NBR 6118 [1].

As resistências últimas à compressão das paredes PH16, PH34, PV08 e PV15 são mostradas na Tabela [8] por trechos representados pelas letras, a, b, c etc., que consideram a mudança da vinculação lateral provocada por paredes transversais a elas. Consequentemente, o comprimento dessas paredes é dado por trechos e definido pelas paredes transversais.

Finalmente a Tabela [9] apresenta a verificação do dimensionamento da seção transversal mais solicitada das paredes PH16, PH34, PV08 e PV15, quanto à tensão máxima de compressão, conforme premissas da norma NBR 16055 [4].

Por fim, verificou-se que a espessura inicialmente adotada de 12 cm para as paredes analisadas do edifício estudado, são suficientes para resistir as tensões normais de compressão, sejam elas calculadas por qualquer um dos dois modelos numéricos utilizados neste trabalho.

6. Conclusões

A comparação entre os resultados obtidos pelos modelos MEF e MPT foi realizada com o objetivo de avaliá-los qualitativamente quando aplicados ao dimensionamento de tensões normais de compressão de paredes de concreto armado, de um edifício construído no sistema Paredes de Concreto.

Constatou-se excelente aproximação entre os modelos MPT e MEF na distribuição de cargas verticais. A força normal concentrada ao nível da fundação oriunda apenas de cargas verticais apresentaram resultados muito próximos.

Os diagramas de momentos fletores e forças normais, considerando apenas as forças devidas ao vento e ao desaprumo foram traçados. Observaram-se diferenças consideráveis entre os valores obtidos pelos modelos MEF e MPT. O momento fletor ao nível da fundação da PH34 do edifício estudado diferiu entre os modelos em 56,21%. O mesmo ocorreu com a máxima força normal obtida nesta parede, cuja diferença chegou em 63,05%. Apesar das diferenças verificadas nos resultados desses dois esforços, as curvas dos respectivos diagramas foram próximas e tenderam a um mesmo comportamento.

As diferenças percebidas entre o MEF e o MPT quando se obteve momentos fletores e forças normais, considerando apenas as ações horizontais, tornaram-se insignificantes quando a verificação ao dimensionamento da máxima tensão normal de compressão foi realizada. Para tanto, foi necessário combinar as ações verticais e horizontais.

Quando a composição da força normal de cálculo com o momento fletor de cálculo foi feita, conforme a combinação de ações C₁, os valores de tensão normal obtidos pelos dois modelos ficaram muito próximos. No caso da parede PH34 do edifício estudado, a diferença entre os dois modelos referente à máxima tensão normal de compressão foi de apenas 0,13%. Os diagramas das tensões normais, traçados nas seções transversais críticas das outras paredes analisadas, também evidenciaram a proximidade entre os modelos. Essa semelhança das tensões foi justificada pela grande proximidade obtida nas forças normais oriundas apenas de cargas verticais. Além disso, as forças normais devidas às cargas verticais foram muito maiores que os outros esforços obtidos pelas ações horizontais.

A máxima tensão normal de compressão foi sempre menor que a tensão última à compressão calculada pela NBR 16055 [4], considerando as paredes com 12 cm de espessura, o que satisfez, portanto, a condição mínima para o dimensionamento.

Portanto, conclui-se que o Modelo Pórtico Tridimensional pode ser usado na análise estrutural de edifícios construídos no sistema Paredes de Concreto. O MPT se mostrou um modelo confiável pela proximidade de resultados quando comparado com o MEF. A análise de resultados via MEF é complicada, tornando-o muitas vezes uma ferramenta não utilizada no cotidiano de um escritório de cálculo. Recomenda-se a utilização do MEF para análises locais e que requerem maiores detalhes.

7. Referências bibliográficas

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Dimensionamento de paredes de concreto armado moldadas no local para a máxima tensão normal de compressão

T. C. Braguim; T. N. Bittencourt

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  13 Jun 2014
• Data do Fascículo
  Jun 2014

Histórico

• Recebido
  15 Nov 2013
• Aceito
  12 Mar 2014