Projeto para Ação de Pórtico na Estrutura Pré-Moldada

Existem vários sistemas em uso para estabilizar os pórticos pré-moldados e sistemas de esqueleto. Esses vários sistemas também podem ser combinados. A estabilidade lateral é conseguida por um dos sistemas:

• Pilares em balanço engastados na fundação;

• Contraventamento provido por paredes de cisalhamento ou por ação de treliça.

5.4.1. Ação dos Pilares em Balanço

O comportamento dos pilares atuando como vigas em balanço ocorre principalmente em edificações baixas, com até três a quatro pavimentos. A estabilidade de estruturas de esqueleto não contraventadas, com ligações articuladas (ligações com chumbadores) é conseguida por meio dos pilares projetados em balanço para altura total da estrutura. Neste caso, é comum ignorar o comportamento semi-rígido das ligações viga-pilar, ou a rigidez de elementos em forma de arcos para fachadas ou mesmo a contribuição de paredes internas de alvenaria ou de painéis. A linha de aplicação da ação horizontal pode ser assumida no centro de massa do sistema de piso.

Os efeitos das forças de vento atuantes no pano da fachada são absorvidos primeiramente pelos pilares da fachada. É importante distribuir os efeitos das ações horizontais sobre todos os pilares da estrutura, evitando assim diferentes seções transversais nos pilares. As forças horizontais paralelas às vigas são distribuídas diretamente através das vigas na mesma linha, enquanto que as forças na direção transversal às vigas são transferidas pela ação das lajes no plano da cobertura. Isso pode ser conseguido de duas maneiras, ou pela da ação (efeito) de diafragma da cobertura ou com a ajuda de diagonais de contraventamento.

Figura 5.13 Estrutura aporticada estabilizada pela ação em balanço dos pilares

O efeito de diafragma nas coberturas é facilmente conseguido por meio de elementos de concreto ou concreto celular. As ligações entre os elementos da cobertura e as vigas são projetadas para resistir a todas as forças atuantes no plano da cobertura. Dessa maneira, a força horizontal total atuante na edificação é distribuída para todos os pilares de acordo com a rigidez dos mesmos.

Para estruturas leves de cobertura, onde a ação do diafragma não pode ser promovida pelo sistema de cobertura, a distribuição das forças horizontais atuantes nas paredes que compõe os oitões sobre os pilares internos e externos é assegurada por meio de diagonais de contraventamento entre as vigas dos intereixos externos, com ajuda de tirantes ou perfis (cantoneiras) metálicos. Para edificações com pilares altos e delgados, a rigidez horizontal da estrutura pode ser assegurada por diagonais de contraventamento entre os pilares de fachada em uma ou mais abertura. A solução normal é, usar perfis de aço galvanizados ou tirantes (barras) de aço dentro das vigas de concreto.

Figura 5.14 Diagonais de contraventamento para estrutura da cobertura e/ou fachada

5.4.2. Estruturas de Esqueleto Contraventadas

Para estruturas de esqueleto com múltiplos pavimentos, os sistemas contraventados constituem-se na solução mais eficaz, independentemente do número de pavimentos. A rigidez horizontal é fornecida pelas escadas, poços dos elevadores e pelas paredes de contraventamento. Dessa maneira, os detalhes das ligações, bem como o projeto e construção das fundações são bem simplificados. Paredes de contraventamento formadas por painéis de concreto pré-moldado apresentam-se como uma solução racional, com grande rigidez e resistência no plano da parede, são fáceis de serem içadas e podem ser integradas com o sistema de esqueleto em viga–pilar, atuando como paredes de preenchimento ou como paredes de contraventamento em balanço isoladas ou formando núcleos de contraventamento. Paredes de enchimento de alvenaria (ou preenchimento, as quais são executadas entre as linhas de viga e pilar) e sistemas de contraventamento metálicos podem também ser utilizados.

ligação articulada

Figura 5.15 Princípios de contraventamento para estrutura de esqueleto com ligações viga-pilar articuladas

A ação de diafragma das lajes é utilizado para distribuir as ações horizontais entre os componentes de estabilização. As lajes de piso devem ser projetadas e detalhadas de acordo com um comportamento previamente intencionado. A aplicação das ações nos elementos de contraventamento é mais uma vez considerada no centro de massa (centróide) da planta do pavimento. A distribuição das forças horizontais entre os painéis e/ou núcleos depende de vários fatores:

• A rigidez dos componentes de estabilização;

Núcleo rígido ou parede

• Reação de flexão no plano dos componentes de estabilização – predominantemente o efeito de flexão das paredes em balanço, o efeito de cisalhamento nos painéis, e a flexão no contraventamento de aço;

• Posição dos componentes de estabilização – Os componentes de estabilização devem ser posicionados de maneira que não aconteça nenhum tipo de torção (centro de gravidade dos componentes estabilizados = centro de gravidade das forças horizontais).

• Juntas de dilatação no diafragma da laje – Juntas de dilatação são geralmente posicionadas em aproximadamente 80 m de intervalo dos diafragmas da laje, se a estrutura é retangular no projeto, ou de aproximadamente 60 m de intervalo se o projeto não for retangular, depende das condições climáticas, tipos de estruturas e tipo de fundação.

5.4.3. Comparação dos Sistemas

O efeito de balanço dos pilares é fácil de ser conseguido. Porém, neste caso a altura máxima da estrutura, sem componentes de estabilização adicionais, é limitada a 10 metros por causa das restrições de tamanho dos pilares e das flechas admissíveis.

As estruturas estabilizadas apenas pelo efeito de pórtico (por ação de pórtico) não são muito empregadas na Europa, por causa das forças concentradas na ligação e pela dificuldade de montagem no canteiro. A utilização de pórticos pré-moldados com formato TT ou H podem evitar esse problema até certo nível, embora possam gerar problemas para o transporte e içamento. Por essa razão, recomenda- se não utilizar essas últimas soluções.

Os sistemas de contraventamento são a solução mais eficaz para estruturas de esqueleto para vários pavimentos, pois os poços da escada e do elevador já estão presentes por razões funcionais e, portanto, o custo adicional para estabilização das peças é desprezível. Por outro lado, a concentração de todas as forças horizontais para alguns elementos escolhidos permite pilares menores e ligações mais simples. Além disso, como os pilares são contraventados nos níveis dos pavimentos, tem-se um menor comprimento efetivo de flambagem, permitindo assim pilares mais esbeltos.

As estruturas de esqueleto devem ser analisadas em sua forma tridimensional. Normalmente, essas estruturas consistem de duas direções perpendiculares principais, onde o sistema estrutural pode ser diferente nas duas direções. O sistema pode também, variar na altura do prédio, como por exemplo: com painéis de contraventamento (cisalhamento) nos pavimentos mais baixos e com sistemas pilar-viga nos pavimentos mais altos.

5.5. Elementos Pré-Moldados