Concepção estrutural

De acordo com Bozzo & Barbat (2000), a concepção estrutural é um processo no qual se produz um modelo frente à uma série de requisitos resistentes, construtivos, econômicos e estéticos. Em geral, há diversas soluções para um mesmo problema, sendo usualmente iterativas e aperfeiçoadas em função de critérios estabelecidos como preferenciais.

Contudo, durante essa etapa nem sempre é possível possuir todas as informações neces- sárias para uma análise numérica adequada, como por exemplo o comum desconhecimento do tipo de solo. Por isso, é de suma importância o conhecimento dos princípios básicos que auxiliam em um bom comportamento estrutural e reduzem possíveis complicações futuras. Dentre os principais, tem-se (BOZZO; BARBAT, 2000):

a) Material utilizado: a escolha do material adequado para a edificação é uma etapa que envolve todos os âmbitos do projeto, uma vez que é altamente dependente da logística do empreendimento, do meio onde ele se encontra, da disponibilidade financeira, etc. Para isso, qualquer elemento quando solicitado a sismos deve apresentar as seguintes características (DOWRICK, 2009):

– Alta ductilidade;

– Elevada relação resistência/peso; – Homogeneidade;

– Ortotropia;

– Facilidade construtiva.

Assim, o autor propõe uma utilização dos materiais em função da altura da edificação com o intuito de pré-dimensionamentos, como demonstrado na tabela 3:

Tabela 3 – Materiais de construção usuais para locais com fortes terremotos

Melhor Tipo da edificação

Alta Média Baixa

(1) Aço (1) Aço (1) Madeira

(2) Concreto in situ (2) Concreto in situ (2) Concreto in situ (3) Concreto protendido de elevado controle (3) Aço (4) Alvenaria estrutural de elevado controle (4) Concreto protendido (5) Alvenaria estrutural Pior (6) Alvenaria reforçada Fonte: Adaptado de (DOWRICK, 2009).

Reforça-se que a resposta sísmica de estruturas de concreto armado é a mais estudada dentre todos os outros materiais, seja pelo seu uso em larga escala ou pela dificuldade em atingir desempenhos dúcteis requeridos (DOWRICK, 2009).

Todavia, estudos apresentados por Sinha, Gerstle & Tulin (1964) demonstraram que o comportamento de histerese do material não confinado apresenta uma redução de resistência rigidez considerável para projeto, além de um comportamento de maior dificuldade de previsão quando comparado ao aço.

Figura 5 – Concreto não confinado sob carregamento cíclico

Fonte: Sinha, Gerstle & Tulin (1964 apud DOWRICK, 2009).

Mais tarde, Park, Kent & Sampson (1972) expuseram que o comportamento inelástico é altamente dependente do aço longitudinal e transversal ao propôr vários modelos matemáticos que representassem o fenômeno.

Como o concreto possui estádios de degradação, o correto dimensionamento e execução de acordo com as boas técnicas são fundamentais para assegurar um comportamento dúctil e critérios de falhas adequados frente aos carregamentos cíclicos.

Figura 6 – Concreto armado sob carregamento cíclico

Fonte: Park, Kent & Sampson (1972 apud DOWRICK, 2009).

Salienta-se ainda que em situações de ações atuantes bruscas, como é o caso de um terremoto, o concreto sofre a modificação dos seus limites elásticos e de fluência, resultando em valores superiores aos obtidos por ensaios estáticos, enquanto a fadiga se torna o fator preponderante no critério de ruptura (BELES; IFRIM; YAGÜE, 1975).

Logo, deve-se fazer uma ponderação quanto a esse aspecto, uma vez que a força inercial de estruturas desse material são usualmente superiores quando comparadas às estruturas metálicas, pois apresenta uma maior mobilização de massa.

Figura 7 – Resistência dinâmica do material

b) Característica geométrica: a forma geométrica do sistema estrutural é um dos princi- pais responsáveis pelos deslocamentos e rotações resultantes das ações solicitantes, uma vez que é o critério responsável pela definição da distribuição da massa dos elementos (BELES; IFRIM; YAGÜE, 1975).

Como almeja-se uma uniformização dos esforços, a simetria estrutural é um tópico recorrente nas normas sismo-resistentes ao induzir o projetista a evitar concentrações de tensões (BOZZO; BARBAT, 2000).

Soma-se a isso o fato de a simplicidade estrutural reduzir incertezas quanto ao comportamento do modelo, principalmente nos efeitos torcionais o que facilita o seu cálculo e garante o desempenho adequado aos esforços calculados (PEÑA, 2012). Portanto, a concepção de elementos estruturais de maneira simplificada auxilia na correta execução, o que reduz a probabilidade de haver grandes divergências do modelo de cálculo adotado (DOWRICK, 2009).

Dowrick (2009) apresenta também que historicamente edifícios que possuem formas H, L, T e Y sofrem danos consideravelmente mais severos, sendo necessário uma penalização no dimensionamento de tais estruturas.

c) Comprimento em planta: grandes dimensões em planta podem ser responsáveis pela presença de variações na movimentação do solo. Em tais casos, fundações contínuas podem favorecer um comportamento único da estrutura, reduzindo tensões diferenciais que possam invalidar modelos simplificados adotados pelas normas mundiais (DOWRICK, 2009).

d) Proporção: Naeim (2001) defende que em um projeto sismo-resistente o índice de esbeltez do edifício (altura/menor dimensão da base) é um fator mais importante que apenas o valor da sua altura; portanto, o autor propõe um valor limite de 4 para evitar problemas decorrentes de instabilidade quanto ao tombamento.

e) Configuração vertical: uma distribuição vertical adequada dos elementos estrutu- rais é essencial em um projeto sismo-resistente, uma vez que pode resultar em excentricidades (do centro da massa em relação ao centro de rigidez o que causa esforços torcionais), concentrações de tensões e quando a modificação de rigidez for considerativa, os esforços laterais podem não ser devidamente transmitidos para as fundações, o que pode causar grandes desastres (DOWRICK, 2009).

É essencial também atentar que, como os elementos não estruturais estão conectados com sistema resistente, deve-se prover um caminho contínuo para a transmissão dos esforços, uma vez que os componentes com propriedades totalmente diferentes apresentam respostas não coincidentes, o que pode resultar em colapsos parciais ou totais (FEMA, 2010).

Para penalizar tais configurações, as normas que utilizam de análises simplifica- das adotam majorações e critérios mais rígidos para o projeto de edifícios que apresentarem qualquer uma das irregularidades supracitadas.