Vários métodos de simulação numérica têm sido utilizados para a análise de paredes estruturais com o intuito de prever seu comportamento sob cargas cíclicas invertidas, simulando principalmente as ações oriundas de abalos sísmicos. Esses métodos vão desde cálculos relativamente simples, com base nas relações momento-curvatura, até modelos sofisticados de análise geral usando o método dos elementos finitos.
Serãoapresentadas aqui diversas abordagens sobre a modelagem de paredes estruturais existentes na literatura. Ao invés de fazer uma extensa lista dos tipos de análise numérica utilizadas por vários pesquisadores, serãoapenas citadas as principais abordagens utilizadas em estudos sobre paredes estruturais, e no próximo capítulo mostraremos alguns comentários sobre as vantagens e desvantagens das diferentes abordagens. Segundo Sritharan et al. (2008), os principais tipos são: análise usando elementos finitos sólidos ou tridimensionais; modelos bidimensionais que utilizam estado plano de tensões,
estado plano de deformações ou elementos de casca; macro modelos; e modelos que utilizam elementos de barra.
1.3 Justificativa
Os pilares-parede são elementos estruturais muito utilizados em sistemas de contraventamento nas edificações atuais. Desde a versão de 2003, a NBR6118 implementou um processo aproximado para o dimensionamento destes elementos o qual não possui nenhuma semelhança com o que é apresentado pela outras normas que tratam deste assunto.
A situação brasileira é bastante peculiar, principalmente no que diz respeito às solicitaçõesàs quais as edificações serão submetidas ao longo de sua vida útil, pois não sofremos com abalos sísmicos de grande intensidade, pelo menos nas regiões mais densamente povoadas onde se encontram as edificações de maior porte e mais suscetíveis a sofrerem danos por solicitações horizontais. Portanto, devemos realmente dar um tratamento específico aos pilares-parede das edificações nacionais.
Apesar do processo aproximado implementado pela NBR6118 na versão de 2003 ter sido bastante criticado, ele foi mantido na sua última edição de 2014. Os dois pontos fundamentais que devem ser analisados são o acréscimo do momento fletor ao longo da altura do pilar-parede, provocados pelos efeitos localizados de 2ª ordem, e o surgimento de momento fletor ao longo do comprimento do pilar-parede (maior dimensão da seção transversal).
De acordo com a nossa experiência em projetos de edifícios, a utilização deste processo aproximado tem resultado numa taxa de armadura (tanto longitudinalcomo transversal) muito alta para os casos de pilares-parede com seção retangular, até nos casos em que a relação entre a maior e a menor dimensão está próxima ao limite (b=5h).
Será apresentada aqui uma pequena amostra do que pode ocorrer no dimensionamento de pilares-parede utilizando as recomendações da
Engenharia localizados na Cidade de Teresina-PI. A Tabela 1.1 mostra algumas das principais características destes edifícios, sendo elas o número de lajes, a altura total, as dimensões em planta da torre, a esbeltez (relação entre a altura total e a dimensão em planta) e a existência ou não de um núcleo rígido.
Tabela 1.1. Características dos edifícios.
Lx Ly H/Lx H/Ly
Chamonix 24 74,9 20,43 22,08 3,67 3,39 não
Jacarandá 17 52,7 17,73 20,73 2,97 2,54 não
Jardim Fiesole 22 64,4 41,21 19,68 1,56 3,27 sim
Jardim Positano 18 53,5 32,63 25,54 1,64 2,09 sim
Maranatha Residense 18 55 29,2 30,9 1,88 1,78 sim
Savona 21 63,9 38,2 19,83 1,67 3,22 sim
Smart Residense 11 32,2 25,54 17,39 1,26 1,85 não
Via Doccia Residence 20 60,4 34,1 26,1 1,77 2,31 sim
Núcleo rígido Esbeltez Dimensões em planta (m) NOME DO EDIFÍCIO Nº de lajes Altura H (m)
Trata-se de uma amostra bastante heterogênea pois, como pode ser visto na tabela acima, o número de lajes varia de 11 até 24, a altura total varia de 32,2 a 74,9 metros e a esbeltez varia de 1,26 a 3,67.
As Figuras 1.13 e 1.14 representam as plantas de forma dos pavimentos-tipo de dois desses edifícios, o primeiro sem núcleo rígido e o segundo com núcleo rígido formado pelas caixas de elevadores.
Figura 1.13. Planta de forma do pavimento-tipo do Edifício Chamonix (sem núcleo rígido)
Figura 1.14. Planta de forma do pavimento-tipo do Edifício Jardim Positano (com núcleo rígido)
A Tabela 1.2 mostra as características de alguns pilares desses edifícios. Nela observa-se que a relação entre a maior e a menor dimensão da seção transversal é sempre igual a 5, que é o valor limite entre pilar convencional e pilar-parede. Isso não ocorreu por acaso, tornou-se critério de projeto, sempre que possível evitar a utilização de seções nas quais relação entre as suas dimensões forem maior que 5, pois caso contrário, seria necessário aumentar a quantidade de armadura para satisfazer aNBR6118, que recomenda nesses casos que os efeitos localizados sejam levados em conta e que a quantidade de armadura transversal deve ser maior ou igual a 25% da armadura longitudinal (exceto nos casos em que seja feito um estudo da flexão horizontal).
Tabela 1.2. Características dos pilares PILAR CONVENCIONAL (PC) PILAR- PAREDE (PP) PP/PC P11 25x125 18 ∅25 ∅8 c/20 ∅8 c/5,7 3,5 P15 25x125 18 ∅25 ∅8 c/20 ∅8 c/5,7 3,5 P2=P27 25x125 12 ∅25 ∅8 c/20 ∅8 c/8,5 2,4 P5 20x100 8 ∅25 ∅8 c/20 ∅8 c/10 2 P6=P7=P14 25x125 16 ∅25 ∅8 c/20 ∅8 c/6,4 3,1 P18 30x150 28 ∅25 ∅8 c/20 ∅8 c/4,4 4,6 P2=P4=P25=P27 30x150 26 ∅25 ∅8 c/20 ∅8 c/4,7 4,2 P3=P26 30x150 38 ∅25 ∅8 c/20 ∅8 c/3,2 6,2 P12 30x150 18 ∅25 ∅8 c/20 ∅8 c/6,8 2,9 P3=P23 30x150 32 ∅25 ∅8 c/20 ∅8 c/3,8 5,2 P6 25x125 16 ∅12.5 ∅5 c/15 ∅5 c/10 1,5 P7=P22 30x150 28 ∅25 ∅8 c/20 ∅8 c/3,8 2,4 P8 20x100 22 ∅16 ∅5 c/19 ∅5 c/3,6 5,2 P10=P13=P14=P18= P46=P47=P49=P61 30x150 20 ∅25 ∅8 c/20 ∅8 c/6,1 3,3 P44=P68 25x125 16 ∅25 ∅8 c/20 ∅8 c/6,4 3,1 P9=P27 25x125 20 ∅25 ∅8 c/20 ∅8 c/5,1 3,9 P13 30x150 36 ∅25 ∅8 c/20 ∅8 c/3,4 5,9 P16 25x125 18 ∅25 ∅8 c/20 ∅8 c/5,6 3,5 P17 30x150 26 ∅25 ∅8 c/20 ∅8 c/4,7 4,2 P20=P23 25x125 24 ∅25 ∅8 c/20 ∅8 c/4,3 4,7 P22 25x125 16 ∅25 ∅8 c/20 ∅8 c/6,4 3,1 MARANHATA ARMADURA LONGITUDINAL ESTRIBO JACARANDÁ JARDIM POSITANO SAVONA RESIDENCE JARDIM FIESOLE CHAMONIX
OBRA Nº do PILAR SEÇÃO
Podem ser vistas também na Tabela 1.2, as armadura longitudinais e transversais obtidas para o dimensionamento considerando o pilar com sendo convencional, além da quantidade de armadura transversal que seria necessária para atender a NBR6118 caso o pilar fosse considerado como sendo pilar-parede e da relação entre essas quantidades de armadura transversal. Esse acréscimo de armadura transversal foi bastante elevado, variando de 2 a 6,2 vezes o valor necessário para pilar convencional, isso sem levar em conta o efeito localizado que provavelmente resultaria num acréscimo de armadura longitudinal e, consequentemente, numa quantidade de armadura transversal ainda maior. Esse acréscimo de armadura pode resultar não só num aumento no custo do pilar como também na inviabilidade de sua execução.
Diante do exposto, considera-se importante desenvolvimento de um estudo mais aprofundado sobre o tema, com base no que tem sido feito tanto por pesquisadores brasileiros como estrangeiros, porém, levando em conta as nossas peculiaridades.
1.4.1 Objetivos Gerais
Os objetivos gerais deste trabalho são:
Analisar o processo simplificado da NBR6118, tanto no que diz respeito ao dimensionamento da armadura longitudinal, como também as especificações para as armaduras transversais;
Fazer simulações numéricas de pilares-parede com o intuito de obter os valores dos momentos fletores e dos deslocamentos horizontais nas seções transversais;
1.4.2 Objetivo Específico
O objetivo específico deste trabalho é fazer a análise numérica de pilares- parede de concreto armado com seção transversal retangular submetidos à determinadas condições de carregamento a fim dedeterminar o comportamento dos pilares-parede, verificando a influênciados efeitos localizados de 2ª ordem no momento fletor na vertical e o surgimentos de momento fletor na direção horizontal dos pilares-parede.
1.5 Metodologia
A metodologia aplicada na elaboração deste trabalho consiste inicialmente numa revisão bibliográfica sobre o tema, com o intuito de determinar o estado- da-arte do dimensionamento e da simulação numérica de pilares-parede.
Após a determinação dos métodos de simulação numérica utilizados no trabalho, foram escolhidos os programas computacionais no quais foram executadas as simulações numéricas, levando em conta diversos aspectos como: as capacidades dos programaspara a simulação dos materiais e dos
fenômenos que exercem influência no comportamento do elemento estrutural que será analisado; a disponibilidade de utilização; e os recursos para introdução de dados e para análises dos resultados.
Estando definidos os métodos de simulação numérica e os programas computacionaisque foram utilizados, deu-se o início as simulações numéricas de casos que têm resultados experimentais de ensaios feitos em laboratórios disponíveis na literatura, com o objetivo de validar os modelos computacionais. Depois da validação dos modelos computacionais foram feitas diversas simulações de pilares-parede que possuem as características peculiares brasileiras, tanto em relação aos esforços solicitantes como também em relação às dimensões das seções transversais.
De posse dos resultados das simulações numéricas foram feitas as análises e as conclusões a respeito dos mesmos e as sugestões para continuidade de pesquisas sobre o tema.