PROJETO ESTRUTURAL EM CONCRETO ARMADO DE UM EDIFÍCIO RESIDENCIAL, Teses (TCC) de Engenharia Civil

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CENTRO UNIVERSITÁRIO FANOR WYDEN

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

DEREK ROGER LIMA DE SOUSA

PROJETO ESTRUTURAL EM CONCRETO ARMADO DE UM EDIFÍCIO

RESIDENCIAL

FORTALEZA

DEREK ROGER LIMA DE SOUSA

PROJETO ESTRUTURAL EM CONCRETO ARMADO DE UM EDIFÍCIO

RESIDENCIAL

Monografia apresentada ao curso de Engenharia Civil, do Centro Universitário Fanor Wyden, como requisito parcial para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Prof. M.Sc. Edilson Roberto Sales do Nascimento Duarte FORTALEZA 2021

DEREK ROGER LIMA DE SOUSA

PROJETO ESTRUTURAL EM CONCRETO ARMADO DE UM EDIFÍCIO

RESIDENCIAL

Monografia apresentada ao curso de Engenharia Civil, do Centro Universitário Fanor Wyden, como requisito parcial para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil. Aprovado em: _____/_____/_____ BANCA EXAMINADORA

Prof. M.Sc. Edilson Roberto Sales do Nascimento Duarte (Orientador) Centro Universitário Fanor Wyden

Prof. Dra. Suely Alves Silva (Examinadora) Centro Universitário Fanor Wyden

Prof. Dr. Roberto Lima de Albuquerque (Examinador) Centro Universitário Fanor Wyden

Aos meus filhos, Kaiki e Noah, que me presenteiam todos os dias com a energia da vida, que me dão forças e coragem para atingir meus objetivos.

“Construímos muros demais e pontes de menos.” Isaac Newton

RESUMO

O concreto armado é um dos materiais mais utilizado nas estruturas de edificações no Brasil, desde edificações de pequeno a grande porte. Neste contexto, este trabalho apresenta, a partir de um projeto arquitetônico, a análise e o dimensionamento da superestrutura de um edifício residencial de concreto armado compostos por 6 pavimentos. A partir da revisão bibliográfica, extraiu-se a fundamentação teórica necessária que estabelece as diretrizes para a análise e dimensionamento de estruturas usuais em concreto armado. Com a concepção estrutural e o pré- dimensionamento dos elementos que compõe a estrutura, foi possível realizar o levantamento das cargas atuantes para a obtenção dos esforços através da análise estrutural. Com os esforços elaborou-se o dimensionamento de todos os elementos que compõe a estrutura do edifício, verificando-se os requisitos de segurança e de bom desempenho em serviço foram atingidos simultaneamente. Com o dimensionamento verificou-se que alguns elementos se mostraram mais solicitados que outros necessitando de uma atenção maior, caracterizando-os como elementos de grande importância para absorver os esforços causados na estrutura pelas combinações das cargas verticais mais o vento nas direções consideradas. O comportamento da estrutura do edifício mostrou-se adequado para as solicitações consideradas, atendo os requisitos de segurança, bom desempenho em serviço e durabilidade. Palavras-chave: Estruturas em concreto armado. Análise estrutural. Dimensionamento estrutural.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 19 - Casos de vinculações para lajes armadas em duas direções e uma direção.

Figura 30 - Aderência mecânica proporcionada pelas irregularidades da superfície de barras de aço lisas e por saliências em barras nervuradas. ............................... 79 Figura 31 - Comprimento de ancoragem básico de uma barra reta. ......................... 80 Figura 32 - Características dos ganchos nas extremidades de barras tracionadas.. 81 Figura 33 - Decalagem dos momentos fletores. ........................................................ 82 Figura 34 - Escalonamento da armadura longitudinal. .............................................. 83 Figura 35 - Espaçamentos livres mínimos entre as faces das barras de aço longitudinais. ....................................................................................................... 84 Figura 36 - Armadura construtiva. ............................................................................. 85 Figura 37 - Armadura de pele.................................................................................... 86 Figura 38 - Tipos de estribos. .................................................................................... 87 Figura 39 - Ganchos dos estribos. ............................................................................ 87 Figura 40 - Concreto de envolvimento da armadura. ................................................ 92 Figura 41 - Algumas formas usuais das escadas dos edifícios. ................................ 93 Figura 42 - Classificação quanto à direção das armaduras principais. ..................... 94 Figura 43 - Disposição correta das armaduras.......................................................... 95 Figura 44 - Disposição incorreta da armadura. ......................................................... 96 Figura 45 - Classificação dos pilares quanto à sua situação de projeto. ................... 97 Figura 46 – Situação de projeto e situações de cálculo dos pilares intermediários. 102 Figura 47 - Situação de projeto e situações de cálculo na extremidade dos pilares de extremidade. ..................................................................................................... 102 Figura 48 - Situação de projeto e situações de cálculo na seção intermediária dos pilares de extremidade...................................................................................... 103 Figura 49 – Situação de projeto e situações de cálculo no topo de pilares de canto. .......................................................................................................................... 104 Figura 50 - Situação de projeto e situações de cálculo na base de pilares de canto. .......................................................................................................................... 104 Figura 51 - Situação de projeto e situações de cálculo na seção intermediária de pilares de canto. ............................................................................................... 104 Figura 52 - Verificação da proteção das barras longitudinais contra a flambagem. 107 Figura 53 - Proteção contra a flambagem de barras intermediárias. ....................... 108 Figura 54 - Pilares contraventados e elementos de contraventamento. .................. 109 Figura 55 - Isopletas de velocidade básica V 0 (m/s). .............................................. 112

Quadro 2 - Valores estimados de módulo de elasticidade em função da resistência

SUMÁRIO

• Figura 1 – Densidade de probabilidade da resistência a compressão do concreto...
• Figura 2 - Diagrama tensão-deformação do concreto (compressão simples).
• Figura 3 – Diagrama tensão-deformação idealizado.
• Figura 4 - Diagrama tensão-deformação bilinear de tração.
• Figura 5 – Diagrama tensão-deformação para aços e armaduras passivas.
• Figura 6 - Planta baixa do pavimento térreo..............................................................
• Figura 7 - Planta baixa do pavimento tipo.
• Figura 8 - Planta baixa do pavimento cobertura.
• Figura 9 - Corte AA.
• Figura 10 - Corte BB.
• Figura 11 - Planta de forma do térreo.
• Figura 12 - Planta de forma do pavimento tipo..........................................................
• Figura 13 - Planta de forma da cobertura.
• Figura 14 – Planta de forma do volume superior.......................................................
• Figura 15 - Vão efetivo de lajes.
• Figura 16 - Vãos da laje retangular armada em uma direção....................................
• Figura 17 - Vãos da laje retangular armada em duas direções.
• Figura 18 - Representação dos tipos de vínculos.
• Figura 20 - Situações onde se aplica a Teoria de Grelhas.
• Figura 21 - Laje apoiada simplesmente nos quatro lados.
• Figura 22 - Momentos fletores negativos entre duas lajes.
• Figura 23 - Cobrimento da armadura longitudinal na laje maciça.
• Figura 24 - Altura útil para armadura de flexão positiva em laje maciça.
• Figura 25 - Detalhamento das armaduras negativas.
• Figura 26 - Detalhamento de sacadas.
• Figura 27 - Vão efetivo de vigas.
• Figura 28 - Arredondamento de diagrama de momentos fletores.
• Figura 29 - Viga representada segundo a treliça clássica de Ritter-Mörsch.
• baixa turbulência.
• Figura 57 - Áreas de referência ao longo da altura do edifício.
• Figura 58 - Planta de forma da escada.
• Figura 59 - Diagrama de momento fletor da escada.
• Figura 60 - Cargas na escada da combinação quase permanente.
• Figura 61 - Subestruturas de contraventamento.
• Figura 62 - Pórticos de contraventamento em X.
• Figura 63 - Pórticos de contraventamento em Y.
• Quadro 1 - Classes de resistência de concretos estruturais LISTA DE QUADROS
• agregado graúdo) característica à compressão do concreto (considerando o uso de granito como
• Quadro 3 - Características das barras e fios de acordo com a NBR
• Quadro 4 - Classes de agressividade ambiental (CAA)
• concreto Quadro 5 - Correspondência entre a classe de agressividade e a qualidade do
• nominal para Δc = 10 mm Quadro 6 - Correspondência entre a classe de agressividade ambiental e cobrimento
• Quadro 7 - Coeficiente γf = γf1 • γf3
• Quadro 8 - Valores do coeficiente γf2
• Quadro 9 - Combinações últimas
• Quadro 10 - Combinações de serviço
• Quadro 11 - Valores dos coeficientes γc e γs
• Quadro 12 - Peso especifico aparente dos materiais de construção
• Quadro 13 - Pesos específicos de alvenarias de vedação
• Quadro 14 - Valores característicos nominais das cargas variáveis
• Quadro 15 - Parâmetros adimensionais para lajes armadas em duas direções
• Quadro 16 - Solicitações, flechas e reações para lajes armadas em uma direção
• Quadro 17 - Taxas mínimas de armadura de flexão
• Quadro 18 - Valores mínimos para armaduras passivas aderentes
• Quadro 19 - Critérios para consideração dos efeitos de segunda ordem
• Quadro 20 - Parâmetros meteorológicos
• Quadro 21 - Valores mínimos do fator estatístico S
• Tabela 1 - Classificação das lajes do pavimento tipo LISTA DE TABELAS
• Tabela 2 - Classificação das lajes do pavimento cobertura
• Tabela 3 - Classificação das lajes do volume superior
• Tabela 4 - Armaduras positivas das lajes do pavimento tipo...................................
• Tabela 5 - Armaduras negativas das lajes do pavimento tipo
• Tabela 6 - Armaduras positivas das lajes do pavimento cobertura
• Tabela 7 - Armaduras negativas das lajes do pavimento cobertura
• Tabela 8 - Armaduras positivas das lajes do volume superior
• Tabela 9 - Armaduras negativas das lajes do volume superior
• Tabela 10 - Cargas atuantes na escada
• Tabela 11 – Armadura da escada
• Tabela 12 - Estado limite de deformações excessivas da laje da escada
• Tabela 13 - Cargas verticais para as vigas do pavimento tipo
• Tabela 14 - Cargas verticais para as vigas do pavimento cobertura
• Tabela 15 - Cargas verticais para as vigas do volume superior
• Tabela 16 – Armaduras de flexão para as vigas do pavimento tipo
• Tabela 17 - Armaduras de flexão para as vigas do pavimento cobertura
• Tabela 18 - Armaduras de flexão para as vigas do volume superior.......................
• Tabela 19 - Armaduras transversais para as vigas do pavimento tipo
• Tabela 20 - Armaduras transversais para as vigas do pavimento cobertura
• Tabela 21 - Armaduras transversais para as vigas do volume superior
• Tabela 22 – Solicitações de projeto dos pilares contraventados
• segunda ordem Tabela 23 – Valores de índice de esbeltez para a consideração dos efeitos locais de
• Tabela 24 - Dimensionamento das armaduras dos pilares contraventados
• Tabela 25 – Parâmetros de instabilidade nas direções x e y
• Tabela 26 – Coeficientes de arrasto nas duas direções
• Tabela 27 - Forças de arrasto devido ao vento
• excessivos Tabela 28 – Verificação do estado limite de serviço de deslocamentos laterais
• 1 INTRODUÇÃO
• 2 REFERENCIAL TEÓRICO
• 2.1 CONCRETO ARMADO
• 2.1.1 Resistência a compressão
• 2.1.2 Resistência a tração
• 2.1.3 Módulo de elasticidade do concreto.............................................................
• 2.1.4 Relações tensão-deformação para o concreto
• 2.1.5 Aços para concreto armado
• 2.2 DURABILIDADE DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO
• 2.2.1 Vida útil de projeto
• 2.2.2 Mecanismos de deterioração do concreto armado
• 2.2.3 Critérios de projeto da norma NBR 6118/2014
• 2.3 SEGURANÇA DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO
• 2.3.1 Estados limites
• 2.3.2 Ações nas estruturas
• 2.3.2.1 Ações permanentes.......................................................................................
• 2.3.2.2 Ações variáveis
• 2.3.2.3 Ações excepcionais
• 2.3.3 Ações características e de cálculo
• 2.3.3.1 Coeficientes de ponderações das ações
• 2.3.4 Combinações das ações................................................................................
• 2.3.4.1 Combinações últimas
• 2.3.4.2 Combinações de serviço
• 2.3.5 Resistências de cálculo
• 3 PROJETO ESTRUTURAL
• 3.1 CARACTERIZAÇÃO DA ARQUITETURA
• 3.2 LANÇAMENTO PRELIMINAR DA ESTRUTURA
• 3.3 DEFINIÇÃO DOS MATERIAIS
• 3.4 CÁLCULO E DETALHAMENTO DE LAJES
• 3.4.1 Vão efetivo
• 3.4.2 Classificação das lajes quanto direção da armação
• 3.4.3 Vinculações
• 3.4.5 Cargas nas lajes maciças
• 3.4.6 Análise estrutural
• 3.4.7 Cálculo das lajes maciças
• 3.4.7.1 Espessura mínima das lajes maciças............................................................
• 3.4.7.2 Determinação das flechas
• 3.4.7.3 Cálculo das armaduras de flexão
• 3.4.7.4 Verificação do cisalhamento em lajes maciças
• 3.4.8 Detalhamento das armaduras de lajes maciças
• 3.4.8.1 Armadura longitudinais máximas e mínimas
• 3.4.8.2 Diâmetro e espaçamento máximo
• 3.4.8.3 Comprimento da armadura positiva e negativa
• 3.4.8.4 Lajes rebaixadas
• 3.5 CÁLCULO E DETALHAMENTO DE VIGAS
• 3.5.1 Vão efetivo
• 3.5.2 Cargas nas vigas dos edifícios
• 3.5.3 Cálculo dos esforços
• 3.5.4 Cálculo das armaduras
• 3.5.4.1 Armadura longitudinal de flexão
• 3.5.4.2 Armadura transversal de cisalhamento
• 3.5.5 Detalhamento das armaduras
• 3.5.5.1 Ancoragem das armaduras
• 3.5.5.2 Escalonamento da armadura longitudinal
• 3.5.5.3 Armadura mínima nos apoios
• 3.5.6 Disposições construtivas
• 3.5.6.1 Armadura longitudinal máxima
• 3.5.6.2 Espaçamento entre barras longitudinais
• 3.5.6.3 Armadura construtiva
• 3.5.6.4 Armadura inferior nos apoios externos
• 3.5.6.5 Armadura de pele
• 3.5.6.6 Estribos
• 3.5.7 Estado limite de serviço
• 3.5.7.1 Estado limite de deformações excessivas
• 3.5.7.2 Estado limite de abertura de fissuras
• 3.6 CÁLCULO E DETALHAMENTO DE ESCADAS
• 3.6.1 Cargas nas escadas
• 3.6.2 Esforços solicitantes e cálculo da armadura
• 3.6.3 Estado limite de serviço
• 3.6.4 Detalhamento das armaduras
• 3.7 PILARES CONTRAVENTADOS
• 3.7.1 Solicitações em pilares contraventados
• 3.7.2 Análises de primeira e segunda ordem
• 3.7.3 Excentricidades de primeira ordem
• 3.7.3 Efeitos de 2ª ordem
• 3.7.4 Situações de cálculo
• 3.7.4.1 Pilar intermediário
• 3.7.4.2 Pilar de extremidade....................................................................................
• 3.7.4.3 Pilar de canto
• 3.7.5 Dimensionamento da armadura longitudinal
• 3.7.6 Disposições construtivas
• 3.7.6.1 Dimensões mínimas
• 3.7.6.2 Armadura longitudinal..................................................................................
• 3.7.6.3 Distribuição transversal
• 3.7.6.4 Comprimento de espera da armadura longitudinal
• 3.7.6.5 Armadura transversal
• 3.7.6.6 Proteção contra a flambagem
• 3.8 SUBESTRUTURA DE CONTRAVENTAMENTO
• 3.8.1 Estruturas de nós fixos e móveis
• 3.8.2 Forças devido ao vento em edifícios
• 3.8.3 Imperfeições geométricas globais
• 3.8.4 Estado limite de serviço
• 3.9 DIMENSIONAMENTO DOS ELEMENTOS DO EDIFÍCIO EM ESTUDO
• 3.9.1 Lajes
• 3.9.2 Escadas
• 3.9.3 Vigas
• 3.9.4 Pilares contraventados
• 3.9.5 Subestrutura de contraventamento
• 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
• REFERÊNCIAS.......................................................................................................
• APÊNDICE A – PROJETO ARQUITETÔNICO

19 1 INTRODUÇÃO O concreto armado é um dos materiais mais utilizado nas estruturas de edificações no Brasil, desde edificações de pequeno a grande porte. Porém, para o comportamento estrutural adequado, segurança e conforto dos usuários é de grande importância que sempre seja elaborado o projeto estrutural de acordo com as normas pertinentes e por profissionais especializados. Historicamente, a ideia de unir o concreto a algum metal aconteceu primeiramente na França, em 1855, J. L. Lambot utilizando argamassa de cimento reforçado com ferro construiu um barco. Em 1861, o seu uso começou a ser mais explorado e surgem as primeiras publicações sobre os princípios básicos para as construções em concreto armado, respectivamente pelos franceses J. Monier e F. Coignet. Após uma década, em 1873, surge a casa Ward’s Castle , construída em Nova Iorque pelo americano W. E. Ward totalmente em concreto armado. Em 1902, E. Mörsch através de inúmeros ensaios desenvolveu os conceitos e os fundamentos da teoria do concreto armado, que, em seus princípios fundamentais, são válidos até hoje (LEONHARDT; MÖNNIG, 2008). O concreto armado apresenta várias vantagens em relação aos outros materiais estruturais, sendo facilmente moldável adaptando-se a qualquer tipo de forma, resistente ao fogo, efeitos atmosféricos, desgastes mecânicos, é propício para estruturas monolíticas, e devido a matéria-prima barata torna-se um material mais econômico, entre outras. Porém, apresenta algumas desvantagens, destacando-se peso próprio elevado, dificuldade na execução de reformas e demolições e baixa proteção térmica. As estruturas convencionais de concreto armado podem ser classificadas basicamente em três tipos de elementos estruturais: elementos lineares (vigas e pilares), elementos bidimensionais (lajes e viga-parede) e elementos tridimensionais (blocos, sapatas de fundação, consolos, etc.). O arranjo desses elementos pode ser denominado como sistema estrutural, a análise do comportamento real desse sistema é de grande complexidade, e nem sempre são possíveis de realizar. É de suma importância compreender o comportamento e o funcionamento adequado de cada elemento desse arranjo.