ANÁLISE DA ESTABILIDADE GLOBAL DE EDIFÍCIO EM CONCRETO ARMADO COM OS ...

99 Pages·2016·2.56 MB·Portuguese

by  Rafael Cavalheiro

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA CIVIL
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
RAFAEL CAVALHEIRO
ANÁLISE DA ESTABILIDADE GLOBAL DE EDIFÍCIO EM
CONCRETO ARMADO COM OS PARÂMETROS z E FAVt
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
PATO BRANCO
2016
RAFAEL CAVALHEIRO

ANÁLISE DA ESTABILIDADE GLOBAL DE EDIFÍCIO EM CONCRETO
ARMADO COM OS PARÂMETROS γ E FAVt
z

Trabalho de conclusão de curso apresentado
como requisito parcial para a obtenção de
título de Bacharel em Engenharia Civil, da
Universidade Tecnológica Federa do Paraná,
Câmpus Pato Branco.

Orientadora: Profa. Dra. Paôla Regina
Dalcanal

Pato Branco
2016
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTO ACDÊMICO DE CONSTRUÇÃO CIVIL

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

TERMO DE APROVAÇÃO

ANÁLISEDA ESTABILIDADE GLBOAL DE EDIFÍCIO EM CONCRETO ARMADO COM
OS PARÂMETROS Ϫ E FAVt
Z

RAFAEL CAVALHEIRO

No dia 21 de novembro de 2016, às 16h30min, na Sala de Treinamento da Universidade
Tecnológica Federal do Paraná, este trabalho de conclusão de curso foi julgado e, após
arguição pelos membros da Comissão Examinadora abaixo identificados, foi aprovado
como requisito parcial para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil da
Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR, conforme Ata de Defesa Pública
no 25-TCC/2016.

Orientador: Profa. Dra. PAÔLA REGINA DALCANAL (DACOC/UTFPR-PB)

Membro 1 da Banca: Profa. Dra HELOIZA PIASSA BENETTI (DACOC/UTFPR-PB)
Membro 2 da Banca: Prof. Msc. PAULO CEZAR VITORIO JUNIOR (DACOC/UTFPR-
PB)

DACOC/UTFPR-PB Via do Conhecimento, Km 1 CEP 85503-390 –
www.pb.utfpr.edu.br/ecv Pato Branco-PR. Fone [phone]
“A educação é a arma mais poderosa que você pode usar para mudar o mundo”.

Albert Einstein
RESUMO

CAVALHEIRO, Rafael. ANÁLISE DA ESTABILIDADE GLOBAL DE EDIFÍCIO EM
CONCRETO ARMADO COM OS PARÂMETROS γ E FAVt. 2016, 89 pág. Trabalho
Z
de Conclusão de Curso de Graduação em Engenharia Civil – Departamento
Acadêmico de Construção Civil, Universidade Tecnológica Federal do Paraná –
UTFPR. Pato Branco, 2016.

A análise de estabilidade global de edifícios em concreto armado é considerada
essencial, principalmente devido à necessidade de se construir edifícios cada vez
mais esbeltos decorrentes do aumento da ocupação vertical dos espaços urbanos.
Juntamente com o aumento da altura das edificações, intensificaram-se os estudos
relacionados às imperfeições geométricas geradas pela atuação das ações
horizontais e da não linearidade do comportamento estrutural. O comportamento não
linear da estrutura é responsável pelo aparecimento de esforços adicionais nos
elementos, denominados efeitos de segunda ordem global. Neste sentido, este
trabalho tem como objetivo a utilização de diferentes parâmetros para a avalição da
estabilidade global e obtenção dos valores dos efeitos de segunda ordem em
estruturas de concreto armado. Avaliou-se o uso do parâmetro γ , prescrito na NBR
z
6118 (ABNT, 2014), e do parâmetro de estabilidade global FAVt, desenvolvido pela
empresa TQS Informática LTDA. O parâmetro FAVt considera os efeitos de segunda
ordem gerados pelos deslocamentos horizontais nos nós da estrutura derivados das
ações verticais e horizontais, não somente dos deslocamento causados pelas ações
horizontais, como é o caso do parâmetro γ . Para a realização do estudo, foi lançado
z
no software de análise e dimensionamento estrutural CAD/TQS, um estudo de caso.
Deste estudo derivaram outros exemplos com variações específicas na modelagem
para exemplificar os diferentes resultados no emprego dos dois parâmetros. Foi
possível demonstrar que, para o estudo de caso realizado, a utilização do parâmetro
de estabilidade global FAVt resulta em uma análise de segunda ordem mais segura
se comparada à utilização do parâmetro γ , resultado este que outros autores já
z
haviam demostrado em outras modelagens.

Palavras-chave: Estabilidade global, Parâmetros de estabilidade, Análise de
Segunda Ordem, Efeitos de Segunda Ordem.
ABSTRACT

CAVALHEIRO, Rafael. ANALYSIS OF GLOBAL BUILDING STABILITY IN
REINFORCED CONCRETE USING THE PARAMETERS γ AND FAVt. 2016, 89
Z
pág. Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação em Engenharia Civil –
Departamento Acadêmico de Construção Civil, Universidade Tecnológica Federal do
Paraná – UTFPR. Pato Branco, 2016.

The analysis of the overall stability of buildings in reinforced concrete is considered
essential today because of the need to build ever more slender buildings resulting from
the increase in the vertical occupation of urban spaces. Together with the increase in
height of buildings, studies related to the geometric imperfections generated by
horizontal actions and non-linearity of structural behavior were intensified. The
nonlinear behavior of the structure is responsible for the appearance of additional
efforts on the elements, called global second order effects. In this sense, this work had
as objective the use of different parameters for the evaluation of the global stability and
obtaining the values of the second order effects in reinforced concrete structures. It
was evaluated the use of gamma-z parameter, prescribed in NBR 6118 (ABNT, 2014),
and the global stability parameter FAVt, developed by TQS Informática Ltda. The FAVt
parameter considers the second order effects generated by the horizontal
displacements in the nodes of the structure derived from the vertical and horizontal
actions, not only the displacements caused by the horizontal actions, as is the case of
the gamma-z parameter. In order to achieve the objectives, a case study was analyzed
in CAD / TQS structural analysis software. From this study, other examples were
derived with specific variations in the modeling to exemplify the different results in the
use of the two parameters. It was possible to demonstrate that for the case study
carried out, the use of the global stability parameter FAVt results in a safer second-
order analysis if compared to the gamma-z parameter, a result that other authors have
already demonstrated in other models.

Palavras-chave: Global Stability, Parameters of Stability, Second-Order Analysis,
Second-Order Effects.
LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1: COMPORTAMENTO TENSÃO VERSUS DEFORMAÇÃO .................... 17
FIGURA 2: ANÁLISE LINEAR ................................................................................... 18
FIGURA 3: ANÁLISE NÃO-LINEAR .......................................................................... 19
FIGURA 4: ANÁLISE DE PRIMEIRA ORDEM .......................................................... 24
FIGURA 5: ANÁLISE DE SEGUNDA ORDEM .......................................................... 25
FIGURA 6: BARRA NA CONFIGURAÇÃO GEOMÉTRICA INICIAL ......................... 26
FIGURA 7: RESULTADOS DA ANÁLISE DE PRIMEIRA ORDEM ........................... 27
FIGURA 8: DESLOCAMENTO INICIAL .................................................................... 28
FIGURA 9: EFEITOS DE SEGUNDA ORDEM .......................................................... 28
FIGURA 10: DESLOCAMENTO DEVIDO CARREGAMENTO VERTICAL ............... 34
FIGURA 11: DESLOCAMENTO DEVIDO CARREGAMENTO VERTICAL ............... 35
FIGURA 12: PROCESSO ITERATIVO P-Δ ............................................................... 36
FIGURA 13 - EXEMPLO PRÁTICO .......................................................................... 37
FIGURA 14 - DESLOCAMENTO GERADO PELA AÇÃO HORIZONTAL ................. 38
FIGURA 15 - DESLOCAMENTO HORIZONTAL GERADO PELA AÇÃO VERTICAL
.................................................................................................................................. 39
FIGURA 16 - SUBSTITUIÇÃO DA CARGA EXCÊNTRICA....................................... 40
FIGURA 17 - POSIÇÃO FINAL DA ESTRUTURA .................................................... 40
FIGURA 18 - PLANTA BAIXA PAVIMENTO TIPO ESTUDO DE CASO ................... 47
FIGURA 19 - ENTRADA DE DADOS PARA CÁLCULO DE ESFORÇO DEVIDO AO
VENTO ...................................................................................................................... 49
FIGURA 20 - MAPA DA VELOCIDADE BÁSICA DO VENTO NO BRASIL ............... 51
FIGURA 21 - CÁLCULO DOS COEFICIENTES DE ARRASTO ............................... 52
FIGURA 22 - APLICAÇÃO DA CARGA DE VENTO NA ESTRUTURA .................... 53
FIGURA 23 - COEFICIENTES DE NÃO LINEARIDADE FÍSICA .............................. 59
FIGURA 24 - PLANTA DE FORMA DO PAVIMENTO TIPO ..................................... 60
FIGURA 25 - CORTE ESQUEMÁTICO ..................................................................... 61
FIGURA 26 – VISUALIZAÇÃO 3D EXEMPLO 1 ....................................................... 61
FIGURA 27 - VISUALIZAÇÃO 3D EXEMPLO 2 ........................................................ 70
FIGURA 28 - CORTE ESQUEMÁTICO EXEMPLO 2 ............................................... 71
FIGURA 29 - DISPOSIÇÃO DOS PILARES EXEMPLO 3 ........................................ 79
FIGURA 30 - VISUALIZAÇÃO 3D EXEMPLO 3 ........................................................ 80
FIGURA 31 - DISPOSIÇÃO DOS PILARES EXEMPLO 3 ........................................ 86
FIGURA 32 - VISUALIZAÇÃO 3D EXEMPLO 3 ........................................................ 86
LISTA DE TABELAS

TABELA 1 - PARÂMETROS DE ESTABILIDADE GLOBAL ..................................... 41
TABELA 2: ETAPAS DE TRABALHO ....................................................................... 44
TABELA 3 - CARGAS DISTRIBUÍDAS POR ÁREA EM LAJES ................................ 48
TABELA 4 - CARGAS POR ÁREA DE PAREDE ...................................................... 48
TABELA 5 - AÇÕES ATUANTES NA ESTRUTURA ................................................. 54
TABELA 6 - COMBINAÇÕES DO ESTADO LIMITE ÚLTIMO ................................... 55
TABELA 7 - COMBINAÇÕES DO ESTADO LIMITE DE SERVIÇO .......................... 56
TABELA 8 - INCIDÊNCIA DO VENTO ..................................................................... 62
TABELA 9 - CÁLCULO DO ΓZ .................................................................................. 64
TABELA 10 - CÁLCULO DO PARÂMETRO FAVT ................................................... 64
TABELA 11 - PARÂMETROS DE ESTABILIDADE GLOBAL.................................... 65
TABELA 12 - COMBINAÇÕES PARA OBTENÇÃO DOS MOMENTOS DE
CÁLCULO ................................................................................................................. 66
TABELA 13 - MOMENTOS CARACTERÍSTICOS NA BASE DOS PILARES (KN.M)
.................................................................................................................................. 67
TABELA 14 - MOMENTOS DE PRIMEIRA ORDEM ................................................. 68
TABELA 15 - MOMENTOS DE SEGUNDA ORDEM GLOBAL X PRIMEIRA ORDEM
(KN.M) ....................................................................................................................... 68
TABELA 16 - DESLOCAMENTOS MÁXIMOS TOPO DA ESTRUTURA .................. 69
TABELA 17 - INCIDÊNCIA DO VENTO .................................................................... 71
TABELA 18 - PARÂMETROS DE ESTABILIDADE GLOBAL.................................... 72
TABELA 19 - CÁLCULO DO PARÂMETRO FAVT ................................................... 74
TABELA 20 - MOMENTOS CARACTERÍSTICOS NA BASE DOS PILARES (KN.M)
.................................................................................................................................. 75
TABELA 21 - COMBINAÇÕES PARA OBTENÇÃO DOS MOMENTOS DE
CÁLCULO ................................................................................................................. 75
TABELA 22 - MOMENTOS DE PRIMEIRA ORDEM GLOBAL .................................. 76
TABELA 23 - MOMENTO DE SEGUNDA ORDEM GLOBAL (KN.M) ....................... 76
TABELA 24 - DESLOCAMENTOS MÁXIMOS TOPO DA ESTRUTURA .................. 78
TABELA 25 - INCIDÊNCIA DO VENTO .................................................................... 80
TABELA 26 - PARÂMETROS DE ESTABILIDADE GLOBAL.................................... 81
TABELA 27 - CÁLCULO DO PARÂMETRO FAVT ................................................... 82
TABELA 28 – MOMENTOS CARACTERÍSTICOS NA BASE DOS PILARES (KN.M)
.................................................................................................................................. 83
TABELA 29 - MOMENTOS DE PRIMEIRA ORDEM GLOBAL .................................. 83
TABELA 30 - MOMENTO DE SEGUNDA ORDEM GLOBAL (KN.M) ....................... 84
TABELA 31 - DESLOCAMENTOS MÁXIMOS NO TOPO DA ESTRUTURA ............ 85
TABELA 32 - INCIDÊNCIA DO VENTO ................................................................... 87
TABELA 33 - PARÂMETROS DE ESTABILIDADE GLOBAL.................................... 88
TABELA 34 - CÁLCULO DO PARÂMETRO FAVT ................................................... 88
TABELA 35 – MOMENTOS CARACTERÍSTICOS NA BASE DOS PILARES (KN.M)
.................................................................................................................................. 89
TABELA 36 - MOMENTOS DE PRIMEIRA ORDEM GLOBAL .................................. 90
TABELA 37 - MOMENTO DE SEGUNDA ORDEM GLOBAL (KN.M) ....................... 90
TABELA 38 - DESLOCAMENTOS MÁXIMOS NO TOPO DA ESTRUTURA ............ 91
TABELA 39 - PARÂMETROS DE ESTABILIDADE GLOBAL.................................... 92
TABELA 40 - VALORES DOS PARÂMETROS PARA ANÁLISE DE SEGUNDA
ORDEM GLOBAL ...................................................................................................... 93
SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ................................................................................................ 10
1.1 OBJETIVOS .................................................................................................... 13
1.1.1 Objetivo Geral .............................................................................................. 13
1.1.2 Objetivos Específicos ................................................................................... 13
1.2 JUSTIFICATIVA .............................................................................................. 14
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................... 16
2.1 ANÁLISE ESTRUTURAL ................................................................................ 16
2.1.1 Análise Linear .............................................................................................. 17
2.1.2 Análise Não-Linear ....................................................................................... 18
2.2 ANÁLISE DA ESTABILIDADE GLOBAL ......................................................... 23
2.2.1 Efeitos de Segunda Ordem .......................................................................... 24
2.3 PARÂMETROS DE ESTABILIDADE GLOBAL................................................ 29
2.3.1 Parâmetro de Instabilidade Alfa (α) .............................................................. 30
2.3.2 Coeficiente γz (γz) ........................................................................................ 32
2.3.3 Coeficiente FAVt .......................................................................................... 33
2.3.4 Análise De Segunda Ordem Global P-delta ................................................. 35
2.3.5 Exemplo Prático de Cálculo dos Parâmetros γz e FAVt ............................... 37
2.4 FATORES QUE INFLUENCIAM NA ESTABILIDADE GLOBAL ...................... 41
3 MÉTODOLOGIA ............................................................................................. 43
3.1 ETAPAS DO TRABALHO ................................................................................ 44
4 ESTUDO DE CASO ........................................................................................ 45
4.1 DESCRIÇÃO DO MODELO ............................................................................ 46
4.1.1 Propriedade dos Materiais ........................................................................... 47
4.1.2 Ações Atuantes ............................................................................................ 48
4.1.3 Combinação das ações ................................................................................ 53
4.1.4 Modelo estrutural e Discretização ................................................................ 56
4.1.5 Concepção Estrutural e Dimensionamento .................................................. 57
4.1.6 Consideração da NLF .................................................................................. 58
4.2 RESULTADOS E ANÁLISE ............................................................................. 59
4.2.1 Exemplo 1 .................................................................................................... 59
4.2.2 Exemplo 2 .................................................................................................... 70
4.2.3 Exemplo 3 .................................................................................................... 79
4.2.4 Exemplo 4 .................................................................................................... 85
4.2.5 Comparação dos Resultados Entre os Exemplos ........................................ 92
5 CONCLUSÃO ................................................................................................. 95
REFERÊNCIAS......................................................................................................... 97