Concepção estrutural

A concepção estrutural engloba as principais definições do concreto armado, o pré-dimensionamento dos elementos estruturais e verificação da instabilidade global. Essas informações causam um grande impacto no custo de um projeto e no estudo de viabilidade do mesmo.

Os elementos estruturais desse projeto limitam se a lajes, vigas e pilares. A definição e dimensionamento de fundação não será o foco desse trabalho.

3.2.2.1 Definições do concreto armado

As primeiras informações de projeto são norteadas pela localização do empreendimento e pelo tipo estrutural de concreto sendo concreto armado ou protendido. Munidos dessas informações e dos QUADRO 5, TABELA 1 e TABELA 2 definem-se a Classe de Agressividade Ambiental (CAA), relação água/cimento do concreto (a/c) e o cobrimento nominal, respectivamente.

QUADRO 5 - CLASSE DE AGRESSIVIDADE AMBIENTAL (CAA)

FONTE: NBR 6118 (2014).

TABELA 1 - CLASSE DE AGRESSIVIDADE E A QUALIDADE DO CONCRETO

TABELA 2 - COBRIMENTO NOMINAL DO CONCRETO ARMADO

FONTE: Adaptado de NBR 6118 (2014).

3.2.2.2 Pré-dimensionamento de Pilares

O pré-dimensionamento dos pilares é baseado na recomendação da NBR 6118 (2014) sobre tensão ideal de compressão no concreto e dimensões e área mínima da seção transversal do pilar, segundo o item 13.2.3 da mesma norma.

São utilizados valores empíricos de cargas para tipos de pavimentos afim de estimar a tensão no concreto nas seções dos pilares pelo método da área de influência (YAMAMOTO, 2019).

A carga incidente em cada pilar da estrutura é resultado do somatório do produto entre áreas de influência e cargas dos pavimentos. A expressão pode ser visualizada na EQUAÇÃO (4), sendo 𝑖 o número do tipo de pavimento e 𝑘 o número do pilar. 𝑁𝑘 = ∑[ 𝐴𝑖𝑘∙ 𝑃𝐾] + 𝑃𝑐𝑥𝑎 𝑛 𝑘=1 (4) Sendo: 𝑁_𝑘 – carga no pilar (tf)

𝐴𝑖𝐾 – área de influência do pilar (m²)

𝑃_𝑘 – carregamento pelo tipo de pavimento

𝑃_𝑐𝑥𝑎 – carga da caixa d’água considerada no pilar.

A localização do pilar na estrutura - canto, extremo, meio - é incorporada no pré-dimensionamento através do parâmetro 𝛽 conforme abaixo:

TABELA 3 – PARÂMETRO DE LOCALIZAÇÃO DO PILAR

Localização do pilar Parâmetro 𝜷 Pilar intermediário 1,0 Pilar de extremidade 1,2 Pilar de Canto 1,4 FONTE: Yamamoto (2019).

Na etapa de pré-dimensionamento é minorado a resistência do concreto de forma que que atinja apenas 40% de seu valor total. Com isso, as dimensões das seções transversais dos pilares são derivadas da EQUAÇÃO (5):

𝐴𝐾 =

𝛽 ∙ 𝑁_𝑘 𝜎𝑖

(5)

Onde:

𝐴_𝐾 – área da seção do pilar (m²) 𝛽 – parâmetro de localização 𝑁𝑘 – carga no pilar (tf)

𝜎𝑖 – tensão resistente do concreto (tf/m²)

3.2.2.3 Pré-dimensionamento de lajes

O pré-dimensionamento das lajes maciças é baseado no item 13.2.4.1 da NBR 6118 (2014), respeitando a espessura mínima (𝑒_𝑚í𝑛) e o Estado Limite de Serviço (ELS), as dimensões das lajes nas duas direções e em seus vínculos com a estrutura - considerações de engaste, apoio simples ou balanço. A seguir é apresentado os tipos de vínculos para lajes na FIGURA 10 e as EQUAÇÕES (6), (7) e (8) conforme a classificação do tipo de vínculo.

FIGURA 10 - TIPOS DE VÍNCULOS DE LAJE

FONTE: Os autores (2019).

Para tipos 1 e 2 de lajes:

𝑒𝑚í𝑛= 2,8 [𝑚í𝑛 (𝑙𝑥;

2

3𝑙𝑦)] + 1

(6)

Para tipos 3, 4 e 5 de lajes:

𝑒_𝑚í𝑛= 2,5 [𝑚í𝑛 (𝑙𝑥;2

3𝑙𝑦)] + 1

(7)

Para tipo 6 de laje:

𝑒_𝑚í𝑛= 2,2 [𝑚í𝑛 (𝑙𝑥;2

3𝑙𝑦)] + 1 (8)

Sendo:

𝑙𝑥 – menor lado da laje; 𝑙𝑦 – maior lado da laje.

3.2.2.4 Pré-dimensionamento de vigas

O pré-dimensionamento das vigas é baseado no item 13.2.2 da NBR 6118 (2014), respeitando a dimensão da largura mínima (𝑏𝑤) de 12 cm e dimensionando a altura da viga (ℎ) pelo tipo do tramo. A seguir são apresentadas as EQUAÇÕES (9), (10) e (11) para definição da altura das vigas para balanço (hB), tramo externo (hE) e

ℎ_𝐵 = 𝑙 5 (9) ℎ_𝐸 = 𝑙 10 (10) ℎ_𝐼 = 𝑙 12 (11) Onde: 𝑙 – comprimento do vão (cm).

3.2.2.5 Verificação da Indeslocabilidade da Estrutura

A verificação da indeslocabilidade da estrutura é baseada na estabilidade horizontal do edifício fornecida pelos elementos estruturais de contraventamento - de maior rigidez - representados por pórticos planos nas direções principais: 𝑥 e 𝑦.

Um dos modelos de cálculo para essa verificação segundo a NBR 6118 (2014) é através do parâmetro de instabilidade alfa (𝛼). O item 15.5.2 dessa norma fornece a EQUAÇÃO (12) para o estudo desse parâmetro 𝛼 e a EQUAÇÃO (13) determina os valores limites aceitáveis de 𝛼:

𝛼 = 𝐻_𝑡𝑜𝑡√ 𝑁𝑡𝑘

𝐸_𝑐𝑠∙ 𝐼_𝑐 (12)

𝛼 ≤ {𝛼1 = 0,2 + 0,1𝑛 𝑠𝑒: 𝑛 ≤ 3

𝛼₁ = 0,6 𝑠𝑒: 𝑛 ≥ 4} (13)

Onde:

𝐻_𝑡𝑜𝑡 – altura total da estrutura (m);

𝑁𝑡𝑘 – somatório de todas as cargas verticais atuantes na estrutura (kN);

𝐸_𝑐𝑠∙ 𝐼_𝑐 – somatório dos valores de rigidez de todos os pilares na direção considerada ou rigidez equivalente do conjunto (kNm²). A rigidez equivalente de um pórtico plano pode ser obtida 9, pela EQUAÇÃO (14).

𝐸𝐼_𝑒𝑞= 𝐹ℎ∙ ℎ𝑝𝑡 3 3𝑈 (14) Onde: 𝐹_ℎ – força horizontal (kN);

ℎ_𝑝𝑡 – altura do pórtico de contraventamento (m); 𝑈 – deslocamento horizontal (m).

Outro modelo de cálculo para verificação da indeslocabilidade da estrutura é o parâmetro 𝛾_𝑧, no item 15.5.3 da NBR 6118 (2014). Esse coeficiente é medido através da EQUAÇÃO (15) e avalia a importância dos esforços de segunda ordem globais para estruturas reticuladas de no mínimo quatro andares. Caso 𝛾_𝑧 ≤ 1,10, a estrutura é considerada de nós fixos. 𝛾_𝑧 = 1 1 − ∆𝑀𝑡𝑜𝑡,𝑑 ∆𝑀1,𝑡𝑜𝑡,𝑑 (15) Onde:

∆𝑀𝑡𝑜𝑡,𝑑 – soma dos produtos de todas as forças verticais atuantes na estrutura

com seus valores de cálculo, pelos deslocamentos horizontais de seus respectivos pontos de aplicação, obtidos da análise de 1ª ordem;

∆𝑀_{1,𝑡𝑜𝑡,𝑑} – momento de tombamento, ou seja, a soma dos momentos de todas as forças horizontais, com seus valores de cálculo, em relação à base da estrutura.

3.2.2.6 Imperfeições geométricas globais

As imperfeições geométricas globais na estrutura como a influência do desaprumo e do vento são contabilizadas no cálculo estrutural global seguindo as recomendações do item 11.3.3.4.1 da NBR 6118 (2014). Na FIGURA 11 é representado a localização dos dados: 𝐻 – altura do edifício e 𝜃_𝑎 – ângulo de desaprumo, que serão utilizados nas EQUAÇÕES (16) e (17) para verificação das imperfeições.

FIGURA 11 – IMPERFEIÇÕES GEOMÉTRICAS GLOBAIS FONTE: NBR 6118 (2014). 𝜃₁ = 1 100√𝐻 (16) 𝜃_𝑎 = 𝜃₁√1 + 1/𝑛 2 (17) Onde:

𝜃_{1 𝑚𝑖𝑛} – 1/300 para estruturas reticuladas e imperfeições locais; 𝜃1 𝑚á𝑥 – 1/200;

𝑛 – número de prumadas de pilares no pórtico plano.

A NBR 6118 (2014) determina o seguinte procedimento para as considerações de imperfeições geométricas globais nas seguintes possibilidades:

a. Quando 30% da ação de vento for maior que a ação do desaprumo, considera-se somente a ação do vento;

b. Quando a ação do vento for inferior a 30% da ação do desaprumo, considera-se somente o desaprumo respeitando a consideração de 𝜃_{1𝑚𝑖𝑛};

c. Nos demais casos, combina-se a ação do vento e desaprumo, sem necessidade da consideração do 𝜃_{1𝑚𝑖𝑛}.