ES015 - Projeto de Estruturas Auxiliado por Computador: Cálculo e Detalhamento

Transcrição

1 Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia de Estruturas e Fundações ES0 - Projeto de Estruturas Auxiliado por Computador: Cálculo e Detalhamento Prof. Túlio Nogueira Bittencourt Aula 1 Introdução

2 Apresentação Este curso tem como objetivo apresentar uma visão geral da filosofia de cálculo estrutural de alguns dos principais pacotes de software do mercado, procurando mostrar a automatização do projeto estrutural e os cuidados que devem ser tomados quando uma estrutura é projetada ou analisada utilizando tais pacotes. Além disso, será desenvolvido em sala de aula o projeto estrutural de um edifício exemplo de concreto armado de 14 andares de forma a explorar as questões abordadas.

3 Programa Geral do Curso Introdução e apresentação sucinta dos pacotes de software de análise e projeto estrutural disponíveis Visão geral e tutorial do software CAD adotado no exercício do edifício exemplo Visão geral e tutorial do software de projeto adotado no exercício do edifício exemplo Desenvolvimento do projeto do edifício exemplo

4 Programação Visão Geral e Descrição Sucinta dos Pacotes de Software (TQS, Eberick, Sistrut, AutoCad, Microstation, Cypecad) Visão Geral do AutoCad /Tutorial Visão Geral do TQS Tutorial do TQS Exemplos de Modelagem Exemplo do Edifíco de ES013

5 Bibliografia e Normas Técnicas NBR-6118/78 Projeto de Revisão da NBR-6118 (2001) Reinforced Concrete: Mechanics and Design, MacGregor, Prentice-Hall, Construções de Concreto Vol. 1-6, Leonhardt-Monnig, Editora Interciência, Estruturas de Concreto: Solicitações Normais, Fusco, Guanabara Dois, Notas de Aula do Curso ES013

6 Introdução Projeto estrutural grande responsabilidade Antes ábacos, tabelas, calculadoras eletrônicas programáveis, cálculo manual Atualmente sofisticados programas de computador Vantagens: produtividade, redução de prazos e custos, cálculo e detalhamento automatizados, mais tempo para a concepção estrutural Cuidado: o software é apenas uma ferramenta de auxílio ao projeto o computador não pensa e não resolve problemas sozinho!!

7 Alguns Pacotes de Software Disponíveis SAP2000 ANSYS ADINA AUTOCAD MICROSTATION TQS CYPECAD EBERICK SISTRUT

8 Análise x Projeto Análise Projeto CAD Sap2000 Ansys Adina TQS CypeCAD Eberick AutoCAD Microstation

9 AUTOCAD Interface Gráfica e Características Principais Poderosa ferramenta para desenho técnico 2D e 3D Software CAD mais utilizado na Engenharia Civil Tela Tela Principal Principal Exportação de plantas para os softwares de projeto estrutural

10 Interface Gráfica SAP2000 Análise estrutural por elementos finitos Tela Tela Principal Principal Modelos Modelos Estruturais Estruturais Tipos de análise: estática, dinâmica, time-history, espectral e não-linear

11 Características Principais SAP2000 Análise estática Análise dinâmica frequências naturais e modos de vibração, análise espectral, análise sísmica, base de máquinas, cargas cíclicas senoidais e genéricas, time-history, impacto e ressonância Análise não-linear consideração de viscosidade, plasticidade uniaxial ou biaxial, etc. Pontes consideração automática do trem-tipo, linhas de influência e forças de protensão Cálculo e dimensionamento de concreto armado segundo o ACI-89 Biblioteca de elementos elementos finitos de cascas espaciais, placas, chapas e membrana, sólidos tridimensionais, axissimétricos, estado plano de tensão e deformação, etc.

12 Interface Gráfica ADINA Menu cascata Menu principal Íconess Análise estrutural por elementos finitos Diversos tipos de análise Tela Tela Principal Principal Janela gráfica Message Window Comand Window Definição Definição de de Graus Graus de de Liberdade Liberdade

13 Características Principais ADINA Análise linear estática e dinâmica, análise não-linear, análise de fluxo de fluidos, etc. Consideração de não-linearidade física e geométrica Materiais estruturais elásticos, plásticos (isotrópicos, ortotrópicos), viscoelásticos, borracha, concreto Diagrama momento-curvatura Mecânica da fratura Vibração harmônica e randômica Flambagem Consideração de meios porosos

14 Interface Gráfica ANSYS Inserção Inserção de de formas formas geométricas geométricas Tela Tela Principal Principal Análise Análise de de tensões tensões

15 Características Principais ANSYS Análise estrutural, térmica e eletromagnética por elementos finitos Comportamento material linear e não-linear Geração automática de malha Extenso conjunto de Solvers (processadores) Ideal para análise estrutural de componentes industriais

16 Interface Gráfica TQS Deformações Deformações e e Fissuração Fissuração em em Laje Laje Laje Laje Nervurada Nervurada

17 Características Principais TQS Sistema integrado para projeto de estruturas de concreto armado Dimensionamento, detalhamento e desenho de lajes (convencionais e nervuradas), vigas, pilares, sapatas e blocos de fundação Estabilidade global P- Editor gráfico genérico Integração de elementos e modelos estruturais Laje e viga protendida Grelha não-linear física Pórtico não-linear geométrico Armação de lajes com telas soldadas

18 Interface Gráfica EBERICK Detalhamento Detalhamento de de Vigas Vigas Modelo Modelo de de Grelha Grelha e e Pórtico Pórtico Espacial Espacial

19 Características Principais EBERICK Cálculo e detalhamento de edificações em concreto armado através de um pórtico espacial Cálculo de lajes, vigas, pilares, blocos sobre estacas e sapatas Ferramenta CAD-2D própria Visualização tridimensional dos elementos Estabilidade global αe γ z Lajes Processo de Marcus, Método da Ruptura ou Analogia de Grelha Geração de pranchas para plotagem

20 Interface Gráfica CYPECAD Envoltórias de Vigas Envoltórias de Vigas Tela Tela Principal Principal Modelo Modelo em em 3D 3D

21 Características Principais CYPECAD Dimensionamento, detalhamento e desenho de edifícios de concreto armado Cálculo de lajes (maciças, cogumelo, pré-fabricadas, nervuradas, alveolares), vigas, pilares, pilares-parede, blocos sobre estacas, sapatas, radiers Pórtico espacial e elementos finitos de laje e pilares Lajes e pilares-parede com geometria qualquer Análise estrutural integrada e dimensionamento dos elementos automatizado Geração automática de carregamentos de peso próprio, sobrecarga e vento Estabilidade global P- Geração de quantitativos de material e memorial de cálculo

22 Características Principais SISTRUT Cálculo e detalhamento de peças de concreto armado Funcionamento integrado de módulos isolados, através da base de dados Módulos básicos: pórticos planos; grelhas planas; treliças planas; lajes em ruptura; vigas contínuas; pilares; fundação; armação para seções especiais Módulos complementares: diagramas; deformadas e envoltórias de reticuladas, desenho e plotagem de lajes, vigas, pilares e fundação; montagem, desenho e plotagem de fôrmas Lajes nervuradas como grelhas com direção qualquer de nervuras OBS: Não tem versão Windows, roda somente em janela DOS.

23 Apresentação do Edifício Exemplo Local de Construção: Butantã São Paulo SP Terreno plano em local coberto por obstáculos numeroso e pouco espaçados. Agressividade do meio ambiente baixa. Materiais Estruturais Utilizados: Concreto C25 Aço CA50

24 Propriedades do Concreto Massa específica do concreto armado, para efeito de cálculo, pode ser adotada como sendo de 2500 kg/m 3 Para efeito de análise estrutural, o coeficiente de dilatação térmica pode ser admitido como sendo igual a 10-5 /ºC Na ausência de dados experimentais sobre o módulo de elasticidade inicial do concreto utilizado, na idade de 28 dias, a NBR6118/78 permite estimá-lo por meio da equação Ec = 6600 fck + 3,5 = MPa

25 Propriedades do Concreto Para o cálculo das áreas de armadura necessárias é utilizado o diagrama retangular simplificado da NBR6118/78, com a deformação última de compressão de concreto sendo igual a 3,5

26 Propriedades do Concreto O Coeficiente de Poisson adotado é 0,2 O agregado graúdo utilizado tem diâmetro máximo de 19 mm (brita 1) e o vibrador tem diâmetro máximo de 30 mm Serão seguidas as recomendações do projeto de revisão da NBR6118 para a escolha da espessura da camada de cobrimento da armadura

27 Cobrimento de Armadura

28 Propriedades do Aço Assume-se para a massa específica do aço o valor de 7850 kg/m 3 O coeficiente de dilatação térmica do aço vale 10-5 /ºC para intervalos de temperatura entre -20 o C e 0ºC Na falta de ensaios ou valores fornecidos pelo fabricante, admite-se o módulo de elasticidade do aço igual a 210 GPa (NBR6118/78) Admite-se que a tensão de ruptura f stk do aço utilizado seja no mínimo igual a 1,10 f yk

29 Propriedades do Aço Para o aço utilizado, o diagrama tensão-deformação adotado é o mostrado na figura abaixo: O coeficiente de conformação superficial η b é considerado igual a 1,5.

30 Projeto Arquitetônico Calha Calha Calha Elev. Elev HALL A.C Vazio Proj. saída p/ ventilação permanente B Duto B B Duto B A.S. Cozinha Sala de Estar Calha Dormitório Banheiro Dormitório Calha Calha A Pavimento Tipo A Cobertura

31 Projeto Arquitetônico Elevação Frontal Elevação Lateral

32 Projeto Arquitetônico Corte A-AA Corte B-BB

33 Planta de Fôrmas Inicial 541,0 470,0 373,0 470,0 541,0 P1 V1(19/55) P2 P3 P4 V2(19/55) (19/40) (40/19) (20/40) (20/40) (40/19) (19/40) P5 P6 288,5 288,5 288,5 411,0 287,0 411,0 V14(19/55) V(19/55) P7 (19/40) V4(19-12/55) 280,0 271,0 P13 (19/40) V9(19-12/55) V12(19/55) 551,0 V16(12/55) 442,5 245,0 442,5 V17(12/55) P8 (20/40) V7(12/55) P8' (20/40) 266,0 236,0 318,5 P9 (20/40) P14 (20/40) V18(12/55) 178,5 178,5 V3(12/55) V6(12/55) 5,0 V11(12/55) V19(10/40) 138,0 7,0 200,0 VE(19/55) V20(12/55) P10 (20/40) P (20/40) V8(12/55) V13(19/55) P11 (20/40) P11' (20/40) V21(12/55) V5(12-19/55) V10(12-19/55) 468,0 357,0 468,0 551,0 166,0 100,0 236,0 318,5 271,0 435,0 245,0 442,5 V22(12/55) 280,0 V23(19/55) V24(19/55) P12 (19/40) P16 (19/40) 411,0 287,0 411,0 Y P17 (19/40) P18 (40/19) P19 P20 P21 P22 (20/40) (20/40) (40/19) (19/40) 541,0 478,0 357,0 478,0 541,0 X Fôrma Inicial do Pavimento-Tipo

34 Roteiro Usual de Cálculo Pré-dimensionamento dos elementos estruturais Determinação da rigidez aproximada da estrutura (parâmetros α e γ z ) Determinação da flecha (aproximada) do edifício sob cargas de serviço Caso necessário, correção do pré-dimensionamento da estrutura para provê-la de maior rigidez Cálculo e detalhamento de todos os elementos estruturais Geração de relatórios e plantas para plotagem

35 Planta de Fôrmas Final 506,0 505,0 373,0 505,0 506,0 P1 V1(19/55) P2 P3 P4 V2(19/55) (19/65) (110/19) (20/40) (20/40) (110/19) (19/65) P5 P6 386,0 312,0 386,0 V14(19/55) V(19/55) P7 (19/65) V4(19-12/55) P13 (19/65) V9(19-12/55) V12(19/55) L1 h=10cm V16(12/55) L8 h=10cm 565,0 280,0 271,0 L5 h=10cm 565,0 V17(12/55) P8 (20/285) V7(12/55) L2 h=10cm L9 h=10cm 216,0 176,0 353,5 P9 (20/140) P14 V3(12/55) V6(12/55) P10 P (20/160) V11(12/55) (20/160) V18(12/55) 338,5 338,5 178,5 178,5 147,0 V19(10/40) L7 h=10cm 138,0 7,0 200,0 LE VE(19/55) V20(12/55) (20/140) L3 h=10cm V8(12/55) L10 h=10cm V13(19/55) P11 (20/285) V21(12/55) V5(12-19/55) L6 h=10cm V10(12-19/55) 551,0 468,0 357,0 468,0 551,0 116,0 276,0 353,5 565,0 271,0 565,0 L4 h=10cm V22(12/55) L11 h=10cm 280,0 V23(19/55) V24(19/55) P12 (19/65) P16 (19/65) 386,0 312,0 386,0 Y P17 (19/65) P18 (110/19) P19 P20 P21 P22 (20/90) (20/90) (110/19) (19/65) 506,0 513,0 357,0 513,0 506,0 X Fôrma Final do Pavimento-Tipo