O Comparativo Entre Sistemas De Contraventamento Em Relação À Estabilidade Global De Edifício Com Vinte Pavimentos

1. COMPARATIVO ENTRE SISTEMAS DE CONTRAVENTAMENTO EM RELAÇÃO À ESTABILIDADE GLOBAL DE EDIFÍCIO COM VINTE PAVIMENTOS

Jean Paulo dos Santos – [e-mail]

MBA em Projeto, Desempenho e Construção de Estruturas e Fundações

Instituto de Pós-Graduação - IPOG

Porto Alegre, RS, 02 de novembro de 2021

Resumo

Em decorrência do fenômeno da verticalização dos edifícios no Brasil, as edificações passaram a apresentar grande número de pavimentos e, consequentemente, maior índice de esbeltez. Diante do exposto, torna-se necessária a utilização de subestruturas de contraventamento nestes edifícios. O presente trabalho é fruto da análise do comportamento dos sistemas aporticado, aporticado enrijecido por núcleo resistente e tubular externo, frente às ações sofridas por edifícios altos. O objetivo deste trabalho é verificar a estabilidade global e os deslocamentos horizontais apresentados por cada modelo analisado e indicar o sistema de contraventamento mais adequado para a edificação em questão. A metodologia consistiu no pré-dimensionamento, modelagem e análise de 3 modelos estruturais com características padronizadas, variando a posição e seção dos pilares conforme a região onde os pilares devem ser dispostos para cada sistema de contraventamento analisado. O coeficiente ,  os deslocamentos horizontais e as características intrínsecas de cada sistema foram os parâmetros considerados para comparação. Os resultados obtidos indicaram que para edificações com 20 pavimentos o sistema tubular externo teve o melhor desempenho quanto a estabilidade, se mostrando o mais adequado frente aos modelos testados.[pic 1]

Palavras-chave: Edifícios. Sistemas de contraventamento. Estabilidade global.

1. Introdução

O surgimento de edifícios residenciais com vários pavimentos no Brasil está relacionado a fatores como o crescimento dos grandes centros, a especulação imobiliária e questões socioeconômicas. Este processo é chamado de verticalização, em que visa o máximo aproveitamento dos lotes. Conforme Ching, Onouye e Zuberbuhler (2010:258), edifícios altos são as edificações que possuem 10 pavimentos ou mais ou que atinjam uma altura maior que 30 metros. Estas estruturas, que são muito altas em relação à sua largura, de acordo com Ching, Onouye e Zuberbuhler (2010:259), sofrem grandes deslocamentos horizontais no topo e são mais suscetíveis ao surgimento de momentos de tombamento consideráveis na base. Segundo Wordell (2003:31), uma vez que a estrutura está sujeita à ação das cargas verticais e horizontais, seus nós, ao se deslocarem horizontalmente, podem contribuir para o surgimento de efeitos globais de segunda ordem.

No que diz respeito aos efeitos de segunda ordem e à estabilidade global das estruturas, Kimura (2007:558) estabelece que, quanto maiores forem os efeitos de segunda ordem atuantes, menos estável será a estrutura. Sintetizando as informações, é possível definir uma estrutura como estável quando a mesma tenha capacidade de suportar os esforços horizontais solicitantes, sem que apresente grandes deslocamentos. Como alternativa para controlar e reduzir os deslocamentos horizontais sofridos por grandes edifícios, Ching, Onouye e Zuberbuhler (2010:212), fazem referência aos sistemas de contraventamento usualmente utilizados como aporticadas, núcleo resistente tubular externa.

Quanto as verificações, conforme descrito pela NBR 6118 (ABNT, 2014:204) toda estrutura deve ser verificada quanto aos deslocamentos horizontais e à estabilidade global. Para tanto, são descritos os seguintes parâmetros de estabilidade global a serem considerados: o parâmetro de instabilidade 𝛼 e o coeficiente . Através da análise destes, é possível classificar a estrutura como de nós fixos, de modo a dispensar a consideração dos efeitos de segunda ordem, ou de nós móveis, devendo estes efeitos serem considerados. Nos casos em que os efeitos devem ser considerados, o método mais indicado é por meio do processo iterativo P-Delta.[pic 2]

Edifícios altos que não apresentam rigidez suficiente para assegurar que os deslocamentos horizontais estejam dentro dos limites normativos e aceitáveis podem ter tido sua concepção estrutural baseada na utilização de um sistema de contraventamento inadequado em relação à altura da edificação. Esta utilização inadequada e não otimizada de um sistema de contraventamento pode, além de ocasionar desconforto ao usuário, proporcionar o surgimento de patologias na edificação, tais como problemas em esquadrias, fissuras nas alvenarias e problemas maiores relacionados a falta de estabilidade quando a edificação estiver sujeita a carregamentos horizontais de grande magnitude. Desta maneira, através deste artigo, é possível analisar a estabilidade global de edifícios altos e observar a influência dos sistemas de contraventamento nas estruturas de concreto armado, assim como compreender a metodologia empregada em cada sistema.

A metodologia deste artigo baseia-se em utilizar a planta de uma edificação hipotética com características padronizadas de lajes e vigas, com 20 pavimentos, realizar a distribuição de uma área de pilar por pavimento fixa para cada um dos 3 sistemas de contraventamento (aporticado, aporticado enrijecido por núcleo resistente e tubular externo), modelar as 3 estruturas e analisar via Software. Por fim, comparar o coeficiente , os deslocamentos horizontais e o momento de segunda ordem atuante, de modo a indicar o sistema de contraventamento mais adequado para a edificação em análise.[pic 3]

2. Estabilidade global das estruturas em concreto armado

A estabilidade global de uma estrutura é garantida através da análise estrutural, que por sua vez determina os efeitos das ações em uma estrutura, com a finalidade de efetuar verificações dos estados-limites últimos e de serviço. Com os resultados necessários para proceder a estas verificações, é possível observar a distribuição dos esforços internos, tensões e deslocamentos de uma estrutura, seja localmente ou como um todo. De modo a proceder à análise, segundo a NBR 6118 (ABNT, 2014:82), se faz necessária a criação de um modelo estrutural adequado. Um modelo de cálculo adequado para edificações altas deve considerar aspectos como a não linearidade física e geométrica presente na estrutura, bem como os esforços decorrentes destas situações.