DFA - Curso de Edifícios Altos JUNHO /2009

DFA - Curso de Edifícios Altos
Sérgio Cruz / Paulo Silva Lobo
JUNHO /2009
INFLUÊNCIA DO PROCESSO CONSTRUTIVO NO DIMENSIONAMENTO DE
EDIFÍCIOS ALTOS
ELEMENTOS NÃO-ESTRUTURAIS
•
O encurtamento diferencial dos elementos verticais afecta divisórias,
acabamentos, tubagens, etc..
•
Uma vez que estes elementos não sofrem encurtamento e, pelo contrário,
podem alongar devido à absorção de humidades no caso das divisórias e
pelo contacto com líquidos a temperaturas elevadas, é necessário detalhar
as ligações destes elementos para que os movimentos relativos da
estrutura não provoquem danos.
INFLUÊNCIA DO PROCESSO CONSTRUTIVO NO DIMENSIONAMENTO DE
EDIFÍCIOS ALTOS
INFLUÊNCIA DO PROCESSO CONSTRUTIVO NO DIMENSIONAMENTO DE
EDIFÍCIOS ALTOS
ELEMENTOS ESTRUTURAIS
Como consequência dos encurtamentos diferenciais devidos à fluência e à
retracção, desenvolvem-se esforços de corte e de flexão nos elementos
horizontais.
Os esforços gerados nos elementos horizontais induzem uma redistribuição
das cargas aplicadas nos elementos verticais com transmissão de carga para o
elemento que encurta menos. Esta redistribuição é pouco importante em
estruturas com elementos horizontais flexíveis.
Quanto mais alta é a estrutura, mais sensível se torna aos efeitos dos
encurtamentos viscoelásticos.
INFLUÊNCIA DO PROCESSO CONSTRUTIVO NO DIMENSIONAMENTO DE
EDIFÍCIOS ALTOS
SENSIBILIDADE AOS ENCURTAMENTOS DIFERENCIAIS
Variáveis com influência no encurtamento total dos elementos verticais:
- Características dos materiais (valores iniciais e a longo prazo e a
sua evolução no tempo):
1- Módulo de elasticidade
2- Retracção
3- Fluência
- Definições de projecto:
1- Área da secção transversal do pilar
2- Percentagem de armadura
3- Espessura equivalente (h0)
- Características do processo de carregamento da estrutura:
1- Progresso da construção
2- Progresso de ocupação do edifício
INFLUÊNCIA DO PROCESSO CONSTRUTIVO NO DIMENSIONAMENTO DE
EDIFÍCIOS ALTOS
A sensibilidade da estrutura aos efeitos dos encurtamentos
diferenciais depende da solução estrutural.
INFLUÊNCIA DO PROCESSO CONSTRUTIVO NO DIMENSIONAMENTO DE
EDIFÍCIOS ALTOS
A estimativa “rigorosa” da resposta da estrutura, impõe a execução de uma
análise no tempo, calculando-se para cada fase da construção os esforços
instalados na estrutura.
Deve manter-se presente que:
- a estimativa do comportamento viscoelástico do betão é
acompanhada de erros consideráveis devidos à variabilidade das
propriedades mecânicas betão.
- se os elementos horizontais apresentarem ductilidade suficiente,
os esforços devidos aos encurtamentos diferenciais podem ser
redistribuídos. Assim, trata-se essencialmente, de garantir um
comportamento adequado em serviço (limitação de deslocamentos
controlo de fendilhação, etc.). À semelhança do dimensionamento
dos elementos verticais, o dimensionamento dos elementos
horizontais é, em geral, condicionado pelos Estados Limites de
Serviço.
INFLUÊNCIA DO PROCESSO CONSTRUTIVO NO DIMENSIONAMENTO DE
EDIFÍCIOS ALTOS
ENCURTAMENTO ELÁSTICO E POR FLUÊNCIA
Pretende-se apresentar uma metodologia para o cálculo dos encurtamentos
dos pilares, aplicando o método algébrico, baseado no coeficiente de fluência
e de envelhecimento.
A figura seguinte mostra a construção idealizada de um edifício, para o qual as
lajes foram executadas até ao nível N.
Os apoios da laje desde o nível 1 até ao nível N sofreram encurtamentos
elásticos e de fluência anteriormente à execução do nível N. Estes movimentos
não terão influência nos esforços dos elementos horizontais deste nível.
INFLUÊNCIA DO PROCESSO CONSTRUTIVO NO DIMENSIONAMENTO DE
EDIFÍCIOS ALTOS
ENCURTAMENTO ELÁSTICO E POR FLUÊNCIA
A laje do nível N será submetida a deslocamentos verticais diferenciais dos
apoios entre os níveis 1 e N devidos a:
- Fluência devida às cargas aplicadas antes da execução do nível N.
- Encurtamento elástico e de fluência devido às cargas aplicadas após a
execução do nível N.
- Retracção.
O encurtamento por fluência e por retracção ocorrerá ao longo do tempo após
a execução da laje do nível N (i.e., até t =∞).
INFLUÊNCIA DO PROCESSO CONSTRUTIVO NO DIMENSIONAMENTO DE
EDIFÍCIOS ALTOS
ENCURTAMENTO ELÁSTICO E POR FLUÊNCIA
O encurtamento do troço de pilar do nível i anterior à execução do nível N, é
dado pela seguinte equação:
ߜ݅ܰ = ෍ ℎ݅ × ቀ1 + ߮൫‫ ݆ݐ ; ܰݐ‬൯ቁ × ߝ݆
݆
j – fase
εj - deformação devida às cargas aplicadas na fase j
φ(tN;tj) – coeficiente de fluência em t=tN para uma carga aplicada em t=tj
O encurtamento total do elemento vertical que ocorre antes da execução do
nível N é,
ܰ
ߜܰ = ෍ ߜ݅ܰ
݅=1
Este deslocamento é o encurtamento que pode ser compensado parcial ou
integralmente na fase construtiva.
INFLUÊNCIA DO PROCESSO CONSTRUTIVO NO DIMENSIONAMENTO DE
EDIFÍCIOS ALTOS
ENCURTAMENTO ELÁSTICO E POR FLUÊNCIA
ANÁLISE SIMPLIFICADA
Admitindo que as cargas a aplicar em cada piso são idênticas e que o
intervalo de tempo entre a aplicação de cargas de natureza semelhante é
aproximadamente constante, pode adoptar-se a seguinte equação no
cálculo do assentamento compensado:
ߜܰ = ℎܰ × ሺ1 + ߮ത ሻ × εത
hN – altura total do elemento vertical até ao piso N
߮ത
- coeficiente de fluência médio. Em geral, de acordo com as simplificações
‫ ܰݐ‬+ ‫ݐ‬0 .
adoptadas, ߮
ത ≈ ߮′ ൬‫ ݐ‬,
൰
ܰ
εത
3
- deformação média entre os níveis 1 e N.
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EDIFÍCIOS ALTOS
ANÁLISE ESTRUTURAL SIMPLIFICADA
Os encurtamentos diferenciais elásticos e por fluência dos apoios de uma laje
num edifício de vários pisos, não ocorrem instantaneamente.
O encurtamento elástico ocorre durante o período de construção do edifício
acima da laje considerada.
O encurtamento por fluência e por retracção ocorre ao longo de anos a uma
taxa decrescente.
INFLUÊNCIA DO PROCESSO CONSTRUTIVO NO DIMENSIONAMENTO DE
EDIFÍCIOS ALTOS
ANÁLISE ESTRUTURAL SIMPLIFICADA
ESFORÇOS A LONGO PRAZO
O cálculo dos esforços pode ser executado simplificadamente, tratando os
encurtamentos como assentamentos de apoio.
INFLUÊNCIA DO PROCESSO CONSTRUTIVO NO DIMENSIONAMENTO DE
EDIFÍCIOS ALTOS
ANÁLISE ESTRUTURAL SIMPLIFICADA
Um elemento restringido de acordo com a figura anterior, sujeito a um
assentamento diferencial de apoios, ∆, vai desenvolver esforços de flexão
+- M. A fluência do betão permitirá a relaxação dos momentos ao longo
do tempo como exemplificado qualitativamente na curva A.
Se o mesmo assentamento, ∆, for aplicado ao longo do intervalo de tempo, T,
os momentos gerados apresentarão uma variação como exemplificado na
curva B
INFLUÊNCIA DO PROCESSO CONSTRUTIVO NO DIMENSIONAMENTO DE
EDIFÍCIOS ALTOS
ANÁLISE ESTRUTURAL SIMPLIFICADA
A relação entre a magnitude dos esforços
internos causados por assentamentos de
apoio foi alvo de estudos experimentais e
analíticos por Ghali et al. O período no
qual foi aplicado o assentamento de
apoio, ∆, variou até um máximo de cinco
anos.
O estudo mostra que para assentamentos
aplicados durante um período superior a
trinta dias, a diferença nos esforços
máximos é reduzida.
INFLUÊNCIA DO PROCESSO CONSTRUTIVO NO DIMENSIONAMENTO DE
EDIFÍCIOS ALTOS
EXEMPLOS – EDIFÍCIO COM 70 PISOS EM BETÃO ARMADO COM
SOLUÇÃO ESTRUTURAL MISTA – PÓRTICO/PAREDE
INFLUÊNCIA DO PROCESSO CONSTRUTIVO NO DIMENSIONAMENTO DE
EDIFÍCIOS ALTOS
EXEMPLOS – EDIFÍCIO COM 70 PISOS EM BETÃO ARMADO COM
SOLUÇÃO ESTRUTURAL MISTA – PÓRTICO/PAREDE
INFLUÊNCIA DO PROCESSO CONSTRUTIVO NO DIMENSIONAMENTO DE
EDIFÍCIOS ALTOS
EXEMPLOS – EDIFÍCIO COM 70 PISOS EM BETÃO ARMADO COM
SOLUÇÃO ESTRUTURAL MISTA – PÓRTICO/PAREDE
INFLUÊNCIA DO PROCESSO CONSTRUTIVO NO DIMENSIONAMENTO DE
EDIFÍCIOS ALTOS
EXEMPLOS – BURJ DUBAI
INFLUÊNCIA DO PROCESSO CONSTRUTIVO NO DIMENSIONAMENTO DE
EDIFÍCIOS ALTOS
EXEMPLOS – BURJ DUBAI
MODELOS DE CÁLCULO
Os efeitos da fluência, retracção, variação da rigidez ao longo do tempo,
sequência de carregamento e assentamento das fundações foram tidos em
conta na análise de quinze modelos tridimensionais de elementos finitos.
Cada modelo representa uma fase da construção.
A resposta estrutural correspondente a cada fase foi guardada numa base de
dados, de forma a permitir prever a resposta da estrutura ao longo do tempo.
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EDIFÍCIOS ALTOS
EXEMPLOS – BURJ DUBAI
METODOLOGIA DE COMPENSAÇÃO DE ASSENTAMENTOS
A torre foi construída de acordo com um programa de compensação horizontal
e vertical.
Cada piso foi construído incorporando um incremento na altura entre pisos.
A compensação horizontal foi definida através do recentramento do edifício. O
método adoptado permitiu corrigir os deslocamentos laterais induzidos pela
gravidade (elásticos, assentamentos diferenciais das fundações, fluência e
retracção) ocorridos até à execução de cada piso.
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EDIFÍCIOS ALTOS
EXEMPLOS – BURJ DUBAI
ENCURTAMENTO DOS PILARES