TCC: Análise de Segunda Ordem

1 INTRODUÇÃO

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2 MÉTODOS DE PESQUISA

2.1 Objetivo Principal

O presente trabalho tem como objetivo desenvolver o cálculo estrutural de um edifício alto fazendo uma comparação entre os efeitos de primeira e segunda ordem no consumo de concreto armado.

2.2 Objetivos Específicos

- Estimar os carregamentos internos e as deformações nos elementos estruturais ocasionados pelos efeitos de primeira e segunda ordem;

- Desenvolver o cálculo estrutural de um edifício residencial de cinco pavimentos considerando apenas os efeitos de primeira ordem;

- Desenvolver o cálculo estrutural do mesmo edifício considerando os efeitos de primeira e segunda ordem;

- Estimar o consumo de concreto e aço;

- Elaborar um estudo comparativo dos efeitos de primeira e segunda ordem sobre os elementos estruturais em relação ao consumo de concreto e aço.

2.3 Justificativa

        Os efeitos de primeira ordem são os principais ocasionadores de deformações e carregamentos nas estruturas, porém não deve ser deixada de lado a importância da análise de segunda ordem na elaboração do projeto estrutural.

Na realidade, grande parte dos engenheiros calculistas elaboram cálculos estruturais de edifícios considerando apenas os efeitos de primeira ordem, visto que a análise de segunda ordem é mais complexa e exigem maior tempo e dedicação na elaboração do projeto, o que para muitos engenheiros não é economicamente viável. Atualmente, o engenheiro calculista pode contar com a ajuda de poderosos programas computacionais, o que facilitará o desenvolvimento do cálculo estrutural considerando os efeitos de segunda ordem em um menor intervalo de tempo.

Através deste trabalho será observada a importância da consideração dos efeitos de segunda ordem no cálculo estrutural dos edifícios e as vantagens e desvantagens que a mesma que poderá trazer aos usuários do edifício em termos de consumo de concreto armado.

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3 CLASSIFICAÇÃOS DAS ESTRUTURAS

3.1 Estruturas de nós fixos

        De acordo com a NBR 6118 (2003), quando os deslocamentos horizontais devidos aos esforços globais de segunda ordem são inferiores a 10% dos esforços de primeira ordem, aqueles podem ser desconsiderados, bastando assim considerar apenas efeitos locais e localizados de segunda ordem.

        Segundo a NBR 6118 (2003), o cálculo da estrutura poderá ser feito considerando cada elemento comprimido separadamente quando a mesma for de nós fixos. Isso é efetuado considerando que a barra esteja vinculada nas extremidades dos elementos estruturais que ali concorrem, onde os esforços obtidos pela análise da estrutura segundo a teoria de primeira ordem são aplicados.

        Ainda, segundo a NBR 6118 (2003), a estrutura deverá ser sempre calculada como deslocável sob a ação de cargas horizontais. A mesma ser considerada como sendo uma estrutura de nós fixos, apenas dispensa a consideração dos efeitos globais de segunda ordem.

3.2 Estruturas de nós móveis

Segundo a NBR 6118 (2003) quando os efeitos globais de segunda ordem são superiores a 10% dos respectivos esforços de primeira ordem a estrutura é classifica como estrutura de nós móveis, nessas estruturas os deslocamentos horizontais não podem ser desconsiderados, sendo obrigatória a consideração dos efeitos globais de segunda ordem. Entretanto, existem estruturas em que os deslocamentos horizontais são grandes e dispensa à consideração dos efeitos de segunda ordem, isso se justifica porque as forças normais são pequenas ocasionando pequenos acréscimos produzidos por elas, é comum ver isso acontecer em postes e em certos pilares de galpões industriais.

        Segundo Wordell (2003), quando os parâmetros de instabilidade (será visto adiante) indicar que a estrutura é de nós móveis e, por conseqüência, os efeitos de segunda ordem devidos aos deslocamentos laterais dos nós não possam ser desprezados, é necessária uma análise do conjunto, que leve em conta tanto a não linearidade geométrica como a física.

        Segundo a NBR 6118 (2003), na análise estrutural de uma estrutura com nós móveis, os efeitos das não linearidades físicas e geométricas devem ser obrigatoriamente considerados, sendo assim, o dimensionamento deverá ser feito considerando os efeitos globais e locais de segunda ordem obrigatoriamente.

3.3) Contraventamento

Segundo a NBR 6118 (2003), quando se faz a análise da estrutura é possível identificar subestruturas que possuem maior rigidez a ações horizontais e resistem à maioria dos esforços resultantes dessas ações. As estruturas com essas características são identificadas como subestruturas de contraventamento e podem ser de nós móveis ou fixos. Os elementos que não fazem parte da estrutura de contraventamento são identificados como elementos contraventados.

        Fusco (1976) diz que para que toda edificação possa cumprir com suas funções deve existir um conjunto de partes mais resistentes dentro da mesma para que a estrutura garanta uma certa segurança contra os estados limites, em que a edificação deixa de cumprir as funções.

        Segundo Fusco (1976), devido ao grau de dificuldade da análise de segunda ordem das edificações ser alto, para que sejam empregados elementos estruturais diferentes (estruturas de contraventamento), as mesmas deverão ser combinadas de maneira adequada para formação do conjunto resistente.

        Ainda, segundo Fusco (1976), o cálculo estrutural se inicia com a idealização de um arranjo estrutural com o qual se pretende obter todas as partes da edificação com resistência garantida.

                Segundo Carvalho (2009), caixas de elevadores, caixas de escadas e pilares-parede podem servir como exemplos de subestruturas de contraventamento. Carvalho também diz que mesmo elementos que tem pouca rigidez, em seu conjunto, podem contribuir de maneira significativa na rigidez a ações horizontais, devendo então ser incluídos na subestrutura de contraventamento.

        Então, segundo Carvalho (2009), para conceder uma maior rigidez a estrutura é comum encontrar estruturas mais esbeltas como caixas de elevadores, caixas de escadas e pilares-paredes, ou então até mesmo um sistema de treliças na direção da ação crítica do vento.

        Segundo Fusco (1976), classificar as partes da edificação em estruturas de contraventamento ou estruturas contraventadas gera uma certa complexidade, visto que muitas das partes consideradas como não estruturais colaboram na resistência da edificação de uma maneira que não é totalmente desprezível, como por exemplo nas alvenarias construídas em edifícios altos,  que por sua vez são consideradas como materiais para divisão dos ambientes, sem finalidade estrutural, porém, a resistência dessas paredes pode ser um fator decisivo na resistência aos esforços horizontais devido a ação do vento.