ANÁLISE DA ESTABILIDADE GLOBAL DE UM EDIFÍCIO DE 30 PAVIMENTOS EM CONCRETO ARMADO COM DIFERENTES SISTEMAS DE CONTRAVENTAMENTO¹

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1 ANÁLISE DA ESTABILIDADE GLOBAL DE UM EDIFÍCIO DE 30 PAVIMENTOS EM CONCRETO ARMADO COM DIFERENTES SISTEMAS DE CONTRAVENTAMENTO¹ SILVA, B. C. 2 ; GOES, H. B. V. 3 ; SANTANA, S. L. S. 4 ; ARAUJO JUNIOR, R. P. 4 ¹Parte do Projeto Análise computacional de um edifício de 30 pavimentos em concreto armado com diferentes sistemas de contraventamento. ²Acadêmico do curso de Engenharia Civil no Centro Universitário Luterano de Palmas CEULP/ULBRA. eng.civil.brunosilva@gmail.com. 3 Engenheiro Civil pelo Centro Universitário Luterano de Palmas-CEULP/ULBRA. 4 Engenheira Civil pelo Centro Universitário Luterano de Palmas-CEULP/ULBRA. 5 Engenheiro Civil. Mestre Especialista. Professor do Centro Universitário Luterano de Palmas - CEULP/ULBRA. RESUMO: A partir do processo de verticalização de forma acelerada na cidade de Palmas/TO, com a construção de edifícios cada vez mais altos e esbeltos, surge a necessidade de estudos específicos sobre o comportamento da estabilidade global da estrutura de edifícios altos, uma vez que, quanto mais alto e/ou esbelto for mais exposto o edifício estará às ações horizontais. Para a realização deste trabalho foi utilizado o software Eberick, onde foi lançado o edifício modelo com seus respectivos sistemas de contraventamento. No primeiro modelo estrutural foram empregados Pórticos de contraventamento, no segundo os Pórticos de contraventamento com Pilares-parede e no terceiro os Pórticos de contraventamento com Pilares-parede e Núcleo rígido. A partir dos modelos processados foi apresentada a avaliação e comparação da estabilidade global do edifício. Os resultados obtidos reforçam a importância da utilização de núcleos rígidos em edifícios de concreto armado quanto à análise da estabilidade global das estruturas. PALAVRAS CHAVE: estabilidade global; altoqi eberick; coeficiente γ z. INTRODUÇÃO: A escassez e o custo elevado de terrenos em grandes cidades resultam em projetos arquitetônicos que além de aproveitar, dentro dos limites das normas regulamentadoras, a área horizontal do terreno, busquem maximizar a altura das edificações para um melhor aproveitamento do espaço. (CASTRO NETO, 2015). Para Souto (1993) quanto maior a altura e/ou esbeltes de um edifício, mais significativos são os efeitos das ações horizontais perante o comportamento de sua estrutura. Ao receber um carregamento horizontal, a estrutura do edifício se deforma a ponto de gerar momentos que não existiam em sua geometria inicial. Esses momentos gerados a partir da condição deformada da estrutura são os que caracterizam os efeitos de segunda ordem. São considerados os efeitos de segunda ordem na estrutura quando estes representam mais de 10% dos efeitos de primeira ordem, e assim esta estrutura é dita como de nós móveis. Quando os deslocamentos dos nós da estrutura são pequenos e, por consequência, os esforços de segunda ordem são desprezíveis (inferiores a 10% dos esforços de primeira ordem) estas estruturas são ditas como de nós fixos. Para tanto, a Norma Brasileira Registrada (NBR) 6118:2014 apresenta o parâmetro α e o coeficiente Ɣ z, processos para verificação da possibilidade de dispensa da consideração dos esforços globais de segunda ordem. (NBR 6118, 2014). O modelo estrutural deve ser definido a partir da diretriz arquitetônica, altura do edifício, tipo de esforços existentes, qualidade do solo, prazos e custos. Vários modelos estruturais podem atender quanto à segurança e rigidez do edifício, e a partir destes deve-se verificar o modelo que atende também a custos relativamente baixos de projeto e execução. (CARNEIRO; MARTINS, 2008).

2 MATERIAL E MÉTODOS: O presente trabalho envolve uma pesquisa teórica com aplicação prática baseada em estudo de caso. Basicamente, o procedimento metodológico deste trabalho consiste na verificação de modelos estruturais que proporcionem a estabilidade global do edifício em estudo. Todos os parâmetros dos modelos foram escolhidos levando em consideração a região de Palmas/TO, com uma classe de agressividade II moderada por ser solo urbano com baixo risco de deterioração. Os cobrimentos dos elementos e a resistência do concreto (35MPa) foram definidos conforme a classe de agressividade. A edificação fixada como residencial, em um terreno plano de rugosidade de categoria II e a velocidade média do vento, conforme a NBR 6123:1988, de 33m/s. A análise da estabilidade global da estrutura será feita através da coleta dos dados no AutoQi Eberick V8 Gold após o processamento da estrutura. RESULTADOS E DISCUSSÃO: O processo de cálculo e dimensionamento dos modelos estudados foi feito através do processo em pórtico espacial com uma redução na rigidez dos elementos estruturais considerando a não linearidade física dos mesmos. Também se utilizou o processo P-delta (PΔ) para a consideração da não linearidade geométrica dos modelos estruturais. Todas as estruturas foram lançadas respeitando os limites impostos pelo projeto arquitetônico de forma que houvesse uma maior quantidade de pilares alinhados para assim formar os pórticos de contraventamento, que devido a sua grande rigidez ás ações horizontais, resistem à maior parte dos esforços decorrentes dessas ações. Os valores informados no pré-dimensionamento foram seguidos pela NBR 6118:2014, que por norma estima os valores mínimos aceitos para as seções de pilares, vigas e lajes. Após conclusão do lançamento da estrutura, adotando os valores mínimos estabelecidos por norma, foi feita a verificação dos alinhamentos, do lançamento e o processamento da estrutura. Após o primeiro processamento, o software Eberick informou que as seções de algumas peças estruturais não atendiam a área de aço necessária para dimensionamento de vigas e pilares. Assim, as seções foram reajustadas conforme necessidades. Abaixo se têm as legendas utilizadas em algumas ocasiões para definições dos modelos estruturais: EP Modelo Estrutural com Pórticos de Contraventamento; EPP Modelo Estrutural com Pórticos de Contraventamento e Pilares-parede; EPPN Modelo Estrutural com Pórticos de Contraventamento, Pilares-parede e Núcleo rígido. Os pórticos principais são aqueles com maior número de pilares alinhados e possuem maior influência na rigidez da estrutura, e os pórticos secundários são os pórticos com um menor número de pilares alinhados, e consequentemente com menor influência na rigidez da estrutura. A planta de forma do pavimento tipo a seguir (Figura 1) expõe os pórticos principais e secundários sublinhados, respectivamente, com retângulo e elipse. Figura 1 - Planta de forma do pavimento tipo - Modelo EP. a) Pórticos de contraventamento na direção x ; b) Pórticos de contraventamento na direção y.

3 Após processamento da estrutura através do software foram obtidos os resultados da Análise Linear e Modelo Estrutural em 3D, conforme Figura 2. Figura 2 - Resultado do primeiro modelo processado (EP). Fonte: Eberick V8 Gold (2017). Conforme Kimura (2007, pag. 560), edifícios de concreto armado com valores de y z superiores a 1,30 possuem um grau de instabilidade elevado. O ideal é projetar estruturas com um y z inferior ou igual a 1,20. A diferença dos coeficientes Gama-Z nas direções X e Y demonstra que a maioria dos pórticos principais do modelo está na direção X, o que levou o coeficiente γ z na direção Y não atingir um grau de estabilidade ideal, com um Ɣ z de até 1,20. No modelo EPP foram empregados os pórticos de contraventamento partindo do modelo EP, porém, com a mudança das seções de alguns pilares que passaram a ser pilares-parede. A proposta do modelo EPP é a inserção de pilares-parede de forma a enrijecer a estrutura para diminuir e equilibrar em ambas as direções os coeficientes Gama-Z obtidos no modelo EP. Quadro 1 - Modificação da seção dos pilares para os diferentes modelos estruturais (EP para EPP).

4 Após processamento da estrutura através do software foram obtidos os resultados da Análise Linear onde o coeficiente Gama-z para a direção x apresentou 1,15 e para a direção y apresentou 1,20. Logo, nota-se uma redução modesta do coeficiente Gama-Z na direção Y, mas que levou a um grau de estabilidade ideal da estrutura em ambas as direções quanto ao coeficiente, conforme Kimura (2007), com valores de Ɣ z até 1,20. No terceiro modelo foram empregados os pórticos de contraventamento e os pilares-parede com a substituição de dois pilares da caixa do elevador por um núcleo rígido em volta da mesma. O Quadro 2 destaca os pilares que sofreram alteração do modelo EPP para o modelo EPPN. Quadro 2 - Modificação da seção dos pilares para os diferentes modelos estruturais (EPP para EPPN). Com a inserção do núcleo rígido no modelo estrutural obteve-se um equilíbrio dos coeficientes Gama- Z onde para a direção x apresentou 1,12 e para a direção y apresentou 1,13. CONCLUSÃO: Um edifício requer o emprego de diferentes tipos de peças estruturais adequadamente combinadas para a formação de um conjunto resistente. Assim, o presente trabalho buscou combinar diferentes sistemas de contraventamento. A escolha dos modelos se fez com base em dimensões mínimas, regularidade na distribuição dos pilares, uso de modelo já estudado para os outros comportamentos e desempenhos usuais, e possibilidade de utilização. A partir dos resultados dos coeficientes Gama Z, todos os modelos estruturais foram classificados como de nós móveis, sendo assim necessária a consideração dos efeitos de segunda ordem em todos os modelos estruturais processados. A diferença de resultados das direções X e Y nos modelos EP e EPP é devido aos principais pórticos de contraventamento estarem direcionados em X. Já o modelo EPPN apresentou resultados equivalentes dos coeficientes, uma vez que o núcleo rígido em U inserido ao modelo minimiza bem aos esforços horizontais aplicados em Y. Logo, o modelo EPPN obteve melhores parâmetros de estabilidade. REFERÊNCIAS: NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto Procedimentos. Rio de Janeiro, NBR 6120: Carga para o cálculo de estruturas de edificações. Rio de Janeiro, 1980, 5 p. NBR 6123: Forças devidas ao vento em edificações. Rio de Janeiro, p. CARNEIRO, F.; MARTINS, J. G. Análise de estruturas: contraventamento de edifícios. 1ª edição: série Estruturas, CASTRO NETO, J. J. A estabilidade nos edifícios de múltiplos pavimentos com a adoção de núcleos rígidos Monografia de Conclusão do Curso de Engenharia Civil do Centro Universitário Luterano de Palmas - CEULP ULBRA. Palmas - TO.

5 KIMURA, A. Informática aplicada em estruturas de concreto armado: cálculo de edifícios com o uso de sistemas computacionais. 1ª edição. São Paulo, SP: Editora Pini, SOUTO, André Kraemer. Análise de estruturas de edifícios altos submetidos a carregamentos horizontais e verticais. Dissertação de mestrado. Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre, 1993.