Análise da Alvenaria Estrutural e Ações Horizontais em Edificações

ALVENARIA ESTRUTURAL DISTRIBUIÇÃO DE AÇÕES HORIZONTAIS INTRODUÇÃO Os edifícios normalmente estão sujeitos às ações laterais como vento desaprumo e empuxo A forma do edifício influencia diretamente na sua capacidade resistente Uma planta simétrica e com distribuição de paredes semelhantes nas duas direções principais tende a ter efeito de torção reduzida na planta do prédio Plantas não simétricas possuem grandes efeitos de torção devido à ação lateral SIMETRIA Na realização do projeto devese sempre procurar um equilíbrio entre a distribuição das paredes resistentes com a área da planta afim de se obter uma simetria externa da edificação Devese distribuir as paredes estruturais em ambas as direções com o intuito de garantir a estabilidade do edifício em relação às cargas horizontais diminuindo o surgimento de esforços de torção na edificação Evitar formas em planta L U T e X pois encarecem a estrutura e dificultam os cálculos No caso de elevações a premissa também é válida o ideal seria o mais simétrico possível evitando formas complexas FORMA GEOMÉTRICA A forma da edificação é muitas vezes definida pelo seu tipo de ocupação O mesmo ocorre devido à necessidade da distribuição interna dos ambientes definidos pelo projetista Desta forma o tipo de ocupação assim como a planta arquitetônica irá definir as distribuições das paredes portantes e de vedação da edificação Esta distribuição irá exercer influência direta na robustez do mesmo assim como na capacidade do edifício de resistir a esforços horizontais oriundos da ação do vento e do desaprumo Térreas onde há um predomínio externo da cobertura Edificações de baixa altura corresponde a edifícios de quarto a cinco pavimentos Este limite deve se ao fato da opção de inclusão ou não de elevadores Edifícios de altura média a alta de cinco a dez pavimentos Esta classificação é devida ao limite da alvenaria estrutural não armada Prédios altos com mais de dez pavimentos Nestas edificações os custos aumentam muito por causa da utilização de armaduras para o combate aos esforços de tração FORMA GEOMÉTRICA As edificações em alvenaria estrutural devem preservar proporções de altura largura e comprimento razoáveis que proporcionem robustez ao prédio Não são aconselhados os edifícios excessivamente compridos e pouco largos assim como os edifícios muito esbeltos FORMA GEOMÉTRICA Os custos de uma obra em alvenaria assim como a resistência da edificação podem ser analisados através de um parâmetro importante que fornece uma ideia do custo da parede com a área útil a ser construída A alvenaria estrutural possui uma resistência muito grande a esforços de compressão porém possui uma pequena ou quase nula resistência à tração O projetista deve ter um cuidado especial na hora de escolher a forma da edificação afim de evitar ao máximo os esforços de tração nas paredes de alvenaria FORMA GEOMÉTRICA Os carregamentos horizontais além de provocarem flexões nas paredes podem ocasionar esforços de torção no edifício A utilização de formas simétricas com áreas equivalentes pode reduzir estes esforços Evitar formas em planta L U T e X pois encarecem a estrutura e dificultam os cálculos FORMA GEOMÉTRICA Outra estimativa que se deve ter é em relação ao comprimento de paredes resistente nas duas direções da edificação longitudinal e transversal Uma forma de medir o comprimento de paredes resistentes em cada direção é multiplicar 42 da área total construída por pavimento pelo número de pavimentos Este valor irá informar quantos metros de parede portante devese ter em cada direção da edificação para se ter um edifício estruturalmente otimizado Esta recomendação procura manter uma uniformidade de cargas horizontais nas paredes FORMA GEOMÉTRICA Em relação as parede de contraventamento também podese adotar um parâmetro para que o mesmo possa ter um ótimo desempenho estrutural Esta relação esta diretamente ligada à altura da parede com o seu comprimento FORMA GEOMÉTRICA Para uma maior rigidez e estabilidade da edificação o projetista deve considerar junto às paredes de contraventamento abas perpendiculares as mesmas fazendo com que cada parede da estrutura trabalhe como enrijecedor da outra Na figura abas enrijecedoras na forma de L C T e duplo T conferindo uma maior estabilidade à estrutura FORMA GEOMÉTRICA CM centro de massa centro de massa do conjunto de lajes e paredes de cada pavimento CT centro de torção centro de rigidez somente das paredes de contraventamento Se o centro de massa coincidir com o centro de torção significa que o prédio devido aos esforços horizontais ira apenas sofrer esforços de translação nas paredes e lajes e o sistema estrutural será considerado simétrico Caso contrário o prédio sofrerá esforços de torção e será considerado assimétrico FORMA GEOMÉTRICA É necessário que o projetista distribua o mais simétrico possível as paredes de contraventamento na edificação Assim tornase os pavimentos o mais simétricos possíveis evitando tensões de cisalhamento nas paredes devido as torções Um arranjo de paredes simétrico distribuídos na periferia da edificação fornece uma resistência à torção maior pois o mesmo possui o seu centro de massa muito próximo ao centro de rigidez da estrutura PROJETO A concepção da estrutura no sistema de alvenaria consiste em definir quais paredes possuirão função estrutural e quais não serão consideradas como elementos resistentes Para se iniciar o arranjo estrutural normalmente é utilizado o projeto arquitetônico definindo os espaços onde há necessidade de maior flexibilidade de layout e onde é possível aplicar os elementos estruturais É importante considerar a interação da estrutura com os demais projetos prevendo as áreas de manutenção e a funcionalidade dos aparelhos PROJETO O edifício também deve possuir inércia nas duas direções principais suficiente para resistir aos esforços laterais As paredes estruturais são arranjadas a fim de garantir uma estabilidade lateral adequada Em termos de classificação quanto ao desempenho estrutural destacamse três principais sistemas paredes transversais paredes celulares e sistemas complexos PAREDES TRANSVERSAIS Apresenta a parede externa na direção de maior comprimento com função de vedação e as demais paredes com função estrutural Por esse motivo são utilizadas em conjunto de lojas hotéis escolas e outros Nesse caso as lajes usadas são armadas apenas em uma direção apoiandose nas paredes estruturais PAREDES CELULARES Possui paredes estruturais em ambas as direções proporcionando maior robustez e estabilidade Porém limita a arquitetura da edificação uma vez que todas as paredes possuem função estrutural não sendo possível modificar a planta Esse sistema é geralmente utilizado na construção de residências e edificações de pequeno porte As lajes empregadas normalmente são armadas em ambas as direções SISTEMA COMPLEXO O sistema complexo representa os vários arranjos de paredes estruturais possíveis usando a combinação de paredes transversais e celulares É aplicado quando a arquitetura exige algumas paredes externas sem função estrutural e regiões mais rígidas onde todas as paredes são consideradas estruturais As lajes podem ser armadas tanto em uma direção quanto em duas dependendo do caso em que estão sendo aplicadas A resistência a estas ações é obtida por shear walls ou paredes de contraventamento ou crosswall devido à sua resistência ao cisalhamento e ao tombamento Em um edifício típico em alvenaria a resistência à ação do vento é obtida principalmente devido à flexão do painel de fachada o qual transfere o carregamento para a shear wall através das lajes de piso diafragma Ação do vento em um edifício os painéis de fachada resistem à ação do vento sofrendo flexão e transferindo os esforços para as paredes de contraventamento através das lajes e após para a fundação A rigidez lateral está associada à área total de paredes naquela direção Para reduzir o deslocamento lateral é necessário aumentar a rigidez ou seja aumentar o comprimento de paredes estruturais nesta direção ou sua espessura As lajes são usualmente empregadas como diafragma rígido distribuindo as ações laterais aos painéis de contraventamento Para que as lajes possam ser consideradas como diafragma rígido as peças prémoldadas devem ser empregadas com restrições especialmente para edifícios acima de 5 pavimentos nos quais as cargas horizontais passam a ser mais significativas Mesmo quando empregadas abaixo desse limite devese utilizar nessas lajes uma capa de concreto moldado in loco sendo posicionadas armaduras nas duas direções ortogonais DISTRIBUIÇÃO DE AÇÕES PARA CONTRAVENTAMENTOS SIMÉTRICOS Quando há simetria a carga é distribuída para cada parede na proporção de sua rigidez uma vez que o deslocamento das paredes deve ser o mesmo no nível do piso DISTRIBUIÇÃO DE AÇÕES PARA CONTRAVENTAMENTOS SIMÉTRICOS Método das paredes isoladas DISTRIBUIÇÃO DE AÇÕES PARA CONTRAVENTAMENTOS SIMÉTRICOS Método das paredes isoladas DISTRIBUIÇÃO DE AÇÕES PARA CONTRAVENTAMENTOS SIMÉTRICOS EXEMPLO DISTRIBUIÇÃO DE AÇÕES PARA CONTRAVENTAMENTOS SIMÉTRICOS EXEMPLO DISTRIBUIÇÃO DE AÇÕES PARA CONTRAVENTAMENTOS SIMÉTRICOS EXEMPLO Com as forças e momentos ao nível de cada pavimento determinar os diagramas de esforços solicitantes Tensões nos painéis σf M W ou σf Mymáx I sendo M momento fletor atuante na parede W módulo de resistência à flexão W Ι ymáx I momento de inércia da parede isolada ou da parede com abas Ymáx Distância do centroide à extremidade a esquerda e a direita para o eixo x Para o eixo y será a distância do centroide à extremidade superior e inferior DISTRIBUIÇÃO DE AÇÕES PARA CONTRAVENTAMENTOS SIMÉTRICOS EXEMPLO DISTRIBUIÇÃO DE AÇÕES PARA CONTRAVENTAMENTOS ASSIMÉTRICOS O procedimento deve levar em conta também os esforços de rotação que surgirão por causa da diferença de rigidez entre os contraventamentos DISTRIBUIÇÃO DE AÇÕES PARA CONTRAVENTAMENTOS ASSIMÉTRICOS Há uma diferença de deslocamento horizontal proporcional à distância da parede ao centro de rigidez do pavimento O esforço atuante em um contraventamento assimétrico é dado pela soma da parcela referente à translação com a parcela devido à rotação DISTRIBUIÇÃO DE AÇÕES PARA CONTRAVENTAMENTOS ASSIMÉTRICOS Para uma parede de contraventamento retangular a rigidez para flexão pode ser obtida através da seguinte equação A partir da rigidez de cada parede é possível calcular a posição do centro de rigidez do pavimento pela equação DISTRIBUIÇÃO DE AÇÕES PARA CONTRAVENTAMENTOS ASSIMÉTRICOS DISTRIBUIÇÃO DE AÇÕES PARA CONTRAVENTAMENTOS ASSIMÉTRICOS Calculase a força cortante em virtude da translação sendo esta proporcional à rigidez de cada parede E a força cortante devido à rotação de cada parede DISTRIBUIÇÃO DE AÇÕES PARA CONTRAVENTAMENTOS ASSIMÉTRICOS EXEMPLO Para o pavimento ilustrado na figura distribua a força horizontal de 100 kN entre as paredes de contraventamento Considere que a laje apresenta condições de rigidez suficientes para garantir a distribuição das cargas laterais e que todas as paredes possuem a mesma espessura e material