es015aula1

Escola Politécnica da Universidade de São PauloDepartamento de Engenharia de Estruturas e Fundações

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ES015 - Projeto de Estruturas Auxiliado por Computador: Cálculo e Detalhamento

Prof. Túlio Nogueira Bittencourt

Aula 1

Introdução

ES015 ES015 -- Projeto de Estruturas Auxiliado por Computador: Cálculo e Detalhamento

Prof. Túlio Nogueira BittencourtProf. Túlio Nogueira Bittencourt

Aula 1

Introdução


ApresentaçãoApresentação

Este curso tem como objetivo apresentar uma visão geral da filosofia de cálculo estrutural de alguns dos principais pacotes de software do mercado, procurando mostrar a automatização do projeto estrutural e os cuidados que devem ser tomados quando uma estrutura é projetada ou analisada utilizando tais pacotes. Além disso, será desenvolvido em sala de aula o projeto estrutural de um edifício exemplo de concreto armado de 14 andares de forma a explorar as questões abordadas.


Programa Geral do Curso Programa Geral do Curso

Introdução e apresentação sucinta dos pacotes de software de análise e projeto estrutural disponíveisVisão geral e tutorial do software CAD adotado no exercício do edifício exemploVisão geral e tutorial do software de projeto adotado no exercício do edifício exemploDesenvolvimento do projeto do edifício exemplo


ProgramaçãoProgramação

Visão Geral e Descrição Sucinta dos Pacotes de Software (TQS, Eberick, Sistrut, AutoCad, Microstation, Cypecad)Visão Geral do AutoCad /TutorialVisão Geral do TQS Tutorial do TQSExemplos de ModelagemExemplo do Edifíco de ES013


BibliografiaBibliografia e e Normas TécnicasNormas Técnicas

NBR-6118/78Projeto de Revisão da NBR-6118 (2001)Reinforced Concrete: Mechanics and Design, MacGregor, Prentice-Hall, 1997.Construções de Concreto Vol. 1-6, Leonhardt-Monnig, Editora Interciência, 1982.Estruturas de Concreto: Solicitações Normais, Fusco, Guanabara Dois, 1981.Notas de Aula do Curso ES013


IntroduçãoIntrodução

Projeto estrutural ⇒ grande responsabilidadeAntes ⇒ ábacos, tabelas, calculadoras eletrônicas programáveis, cálculo manualAtualmente ⇒ sofisticados programas de computadorVantagens: produtividade, redução de prazos e custos,cálculo e detalhamento automatizados, mais tempopara a concepção estruturalCuidado: o software é apenas uma ferramenta deauxílio ao projeto – o computador não pensa e nãoresolve problemas sozinho!!


Alguns PacotesAlguns Pacotes de Softwarede Software DisponíveisDisponíveis

SAP2000ANSYSADINAAUTOCADMICROSTATIONTQSCYPECADEBERICKSISTRUT


AnáliseAnálise xx ProjetoProjeto

Sap2000

Ansys

Adina

TQS

CypeCAD

Eberick

Análise Projeto CAD

AutoCAD

Microstation


AUTOCADAUTOCADInterface Gráfica e Características PrincipaisInterface Gráfica e Características Principais

Poderosa ferramenta para desenho técnico 2D e 3D

Software CAD mais utilizado na Engenharia Civil

Exportação de plantas para os softwares de projeto estrutural

Tela PrincipalTela Principal


InterfaceInterface GráficaGráfica –– SAP2000SAP2000Análise estrutural por elementos finitos

Tipos de análise: estática, dinâmica, time-history, espectral e não-linear


Modelos EstruturaisModelos Estruturais


Características Principais Características Principais –– SAP2000SAP2000

Análise estáticaAnálise dinâmica → frequências naturais e modos de vibração, análise espectral, análise sísmica, base de máquinas, cargas cíclicas senoidais e genéricas, time-history, impacto e ressonânciaAnálise não-linear → consideração de viscosidade, plasticidade uniaxial ou biaxial, etc.Pontes → consideração automática do trem-tipo, linhas de influência e forças de protensãoCálculo e dimensionamento de concreto armado segundo o ACI-89Biblioteca de elementos → elementos finitos de cascas espaciais, placas, chapas e membrana, sólidos tridimensionais, axissimétricos, estado plano de tensão e deformação, etc.


InterfaceInterface GráficaGráfica –– ADINAADINA

Message Window

Janela gráfica

Menu principal

Comand Window

Menu cascata Íconess

Análise estrutural por elementos finitos

Diversos tipos de análise


Definição de Graus de LiberdadeDefinição de Graus de Liberdade


Características Principais Características Principais –– ADINAADINA

Análise linear estática e dinâmica, análise não-linear, análise de fluxo de fluidos, etc.

Consideração de não-linearidade física e geométrica

Materiais estruturais → elásticos, plásticos (isotrópicos, ortotrópicos), viscoelásticos, borracha, concreto

Diagrama momento-curvatura

Mecânica da fratura

Vibração harmônica e randômica

Flambagem

Consideração de meios porosos


InterfaceInterface GráficaGráfica –– ANSYSANSYS


Análise de tensõesAnálise de tensões

Inserção de formas geométricasInserção de formas geométricas


Características Principais Características Principais –– ANSYSANSYS

Análise estrutural, térmica e eletromagnética por elementos finitos

Comportamento material → linear e não-linear

Geração automática de malha

Extenso conjunto de Solvers (processadores)

Ideal para análise estrutural de componentes industriais


InterfaceInterface GráficaGráfica –– TQSTQS

Laje NervuradaLaje Nervurada

Deformações e Fissuração em LajeDeformações e Fissuração em Laje


Características Principais Características Principais –– TQSTQS

Sistema integrado para projeto de estruturas de concreto armado

Dimensionamento, detalhamento e desenho de lajes (convencionais e nervuradas), vigas, pilares, sapatas e blocos de fundação

Estabilidade global → P-∆

Editor gráfico genérico

Integração de elementos e modelos estruturais

Laje e viga protendida

Grelha não-linear física

Pórtico não-linear geométrico

Armação de lajes com telas soldadas


InterfaceInterface GráficaGráfica –– EBERICKEBERICK

Detalhamento de VigasDetalhamento de Vigas

Modelo de Grelha e Pórtico EspacialModelo de Grelha e Pórtico Espacial


Características Principais Características Principais –– EBERICKEBERICK

Cálculo e detalhamento de edificações em concreto armado através de um pórtico espacial

Cálculo de lajes, vigas, pilares, blocos sobre estacas e sapatas

Ferramenta CAD-2D própria

Visualização tridimensional dos elementos

Estabilidade global → α e γz

Lajes → Processo de Marcus, Método da Ruptura ou Analogia de Grelha

Geração de pranchas para plotagem


InterfaceInterface GráficaGráfica –– CYPECADCYPECAD


Envoltórias de VigasEnvoltórias de Vigas

Modelo em 3DModelo em 3D


Características Principais Características Principais –– CYPECADCYPECAD

Dimensionamento, detalhamento e desenho de edifícios de concreto armado

Cálculo de lajes (maciças, cogumelo, pré-fabricadas, nervuradas, alveolares),

vigas, pilares, pilares-parede, blocos sobre estacas, sapatas, radiers

Pórtico espacial e elementos finitos de laje e pilares

Lajes e pilares-parede com geometria qualquer

Análise estrutural integrada e dimensionamento dos elementos automatizado

Geração automática de carregamentos de peso próprio, sobrecarga e vento

Estabilidade global → P-∆

Geração de quantitativos de material e memorial de cálculo


Características Principais Características Principais –– SISTRUTSISTRUT

Cálculo e detalhamento de peças de concreto armado

Funcionamento integrado de módulos isolados, através da base de dados

Módulos básicos: pórticos planos; grelhas planas; treliças planas; lajes em ruptura; vigas contínuas; pilares; fundação; armação para seções especiais

Módulos complementares: diagramas; deformadas e envoltórias de reticuladas, desenho e plotagem de lajes, vigas, pilares e fundação; montagem, desenho e plotagem de fôrmas

Lajes nervuradas como grelhas com direção qualquer de nervuras

OBS: Não tem versão Windows, roda somente em janela DOS.


ApresentaçãoApresentação do do EdifícioEdifício ExemploExemplo

Local de Construção:

Butantã – São Paulo – SP

Terreno plano em local coberto por obstáculos numeroso e pouco espaçados.

Agressividade do meio ambiente baixa.

Materiais Estruturais Utilizados:

Concreto C25

Aço CA50


Propriedades Propriedades do do ConcretoConcreto

Massa específica do concreto armado, para efeito de cálculo, pode ser adotada como sendo de 2500 kg/m3

Para efeito de análise estrutural, o coeficiente de dilatação térmica pode ser admitido como sendo igual a 10-5 /ºC

Na ausência de dados experimentais sobre o módulo de elasticidade inicial do concreto utilizado, na idade de 28 dias, a NBR6118/78 permite estimá-lo por meio da equação

MPafE ckc 352345,36600 =+=



Para o cálculo das áreas de armadura necessárias é utilizado o diagrama retangular simplificado da NBR6118/78, com a deformação última de compressão de concreto sendo igual a 3,5‰



O Coeficiente de Poisson adotado é 0,2

O agregado graúdo utilizado tem diâmetro máximo de 19 mm (brita 1) e o vibrador tem diâmetro máximo de 30 mm

Serão seguidas as recomendações do projeto de revisão da NBR6118 para a escolha da espessura da camada de cobrimento da armadura


Cobrimento Cobrimento de de ArmaduraArmadura


Propriedades Propriedades do do AçoAço

Assume-se para a massa específica do aço o valor de 7850 kg/m3

O coeficiente de dilatação térmica do aço vale 10-5/ºC para intervalos de temperatura entre -20oC e 150ºC

Na falta de ensaios ou valores fornecidos pelo fabricante, admite-se o módulo de elasticidade do aço igual a 210 GPa (NBR6118/78)

Admite-se que a tensão de ruptura fstk do aço utilizado seja no mínimo igual a 1,10 fyk


Propriedades Propriedades do do AçoAço

Para o aço utilizado, o diagrama tensão-deformaçãoadotado é o mostrado na figura abaixo:

O coeficiente de conformação superficial ηb é considerado igual a 1,5.


2 4 2 0

6 5

1 2 0

1 0 0

1 51 0

1 2 0

1 3 0

1 54 0

1 8 0

4 01 51 0

1 2 0

4 0

1 5

3 5 0

1 5

4 0

1 2 0

1 0

1 54 0

1 8 0

4 0

1 5

1 3 0

1 2 0

1 01 5

1 0 0

1 2 0

4 0

2 5

2 6 0

1 5

2 6 0

1 5

2 6 0

1 5

1 7 0

1 5

1 2 0

1 1 0

1 2 0

1 5

1 7 0

1 5

2 6 0

1 5

2 6 0

1 5

2 6 0

2 5

2 5

4 5 72 4 14 5 7

1 1 5 5

6 0 4 8

2 5

4 8 6 0

3 0 71 5

8 51 5

1 1 8

1 4 01 5

2 9 01 5

8 51 5

1 2 05 51 2 01 5

1 3 51 5

1 8 51 5

1 6 51 5

1 5 21 0 0

7 9

1 0 0

3 5 . 5

3 5 . 5

1 7 1

8

1 7 1

Dor

mitó

rio

Sal

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.

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.

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Dor

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HAL

LA

B B

Projeto ArquitetônicoProjeto Arquitetônico

Pavimento TipoPavimento Tipo

7 9

1 51 51 6 5 1 8 5

1 0 0

3 5 . 5

3 5 . 5

1 0 01 51 3 5

1 5 2

1 2 01 5

1 5

1 2 0

1 1 0

1 2 0

1 5

1 2 05 5

3 5 0

1 5

1 5

2 4 2 0

Pro

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io

Cal

ha

Cal

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Cal

ha

7 2 0

1 5

2 6 0

2 5

1 1 5 5

2 54 0 7

2 5

2 4 1

2 5

4 0 7

2 5

7 2 0

1 5

2 6 0

2 5

A

B B

CoberturaCobertura


Projeto ArquitetônicoProjeto Arquitetônico

ElevaçãoElevação FrontalFrontal ElevaçãoElevação LateralLateral


P18

P13

P7

P1 P2

P19

P9 P10

P3 P4

P11

P16

P5 P6V1(19/55) V2(19/55)

V3(12/55)

V6(12/55)

V4(19-12/55) V5(12-19/55)

V7(12/55) V8(12/55)

V9(19-12/55) V10(12-19/55)

V11(12/55)

V12(19/55)V14

(19/

55)

V15

(19/

55)

V16

(12/

55)

V17

(12/

55)

V18

(12/

55)

V19

(10/

40)

V20

(12/

55)

V21

(12/

55)

V23

(19/

55)

V24

(19/

55)

(19/40) (40/19) (20/40) (20/40) (40/19) (19/40)

(19/40)(20/40)

(20/40)(20/40)

(20/40)

(20/40) (20/40) (40/19) (19/40)

(19/40)

(40/19)(19/40)

(19/40)

(19/40)

(20/40)

V13(19/55)VE(19/55)

V22

(12/

55)

357,0

373,0

468,0 357,0 468,0 551,0

Y

X

280,0 271,0

157,0 200,0

138,0

280,0271,0

178,5 178,5

P17

P8'

P8

P20 P21 P22

P14 P15

P12

(20/40)

(20/40)P11'

(20/40)

470,0541,0 470,0 541,0

411,0

287,0

411,0

411,0

287,0

411,0

478,0541,0 478,0 541,0

155,0

236,0

318,5

442,5

245,0

442,5

551,0

266,0

288,5

442,5

245,0

435,0

318,5

166,0

100,0

236,0

288,5288,5

Planta Planta de de Fôrmas InicialFôrmas Inicial

Fôrma InicialFôrma Inicial do do PavimentoPavimento--TipoTipo


Roteiro Roteiro Usual de Usual de CálculoCálculo

Pré-dimensionamento dos elementos estruturais

Determinação da rigidez aproximada da estrutura(parâmetros α e γz)

Determinação da flecha (aproximada) do edifício sob cargas de serviço

Caso necessário, correção do pré-dimensionamento da estrutura para provê-la de maior rigidez

Cálculo e detalhamento de todos os elementos estruturais

Geração de relatórios e plantas para plotagem


PlantaPlanta de de FôrmasFôrmas FinalFinal

P17 P18

P13

P7P8

P1 P2

P19 P20 P21 P22

P9 P10

P14 P15

P3 P4

P11

P16

P12

P5 P6V1(19/55) V2(19/55)

V3(12/55)

V6(12/55)

V4(19-12/55) V5(12-19/55)

V7(12/55) V8(12/55)

V9(19-12/55) V10(12-19/55)

V11(12/55)

V12(19/55)V14

(19/

55)

V15(

19/5

5)

V16(

12/5

5)

V17(

12/5

5)

V18(

12/5

5)

V19(

10/4

0)

V20(

12/5

5)

V21(

12/5

5)

V23

(19/

55)

V24(

19/5

5)

(19/65) (110/19) (20/40) (20/40) (110/19) (19/65)

(19/65)(20/285)

(20/140)(20/140)

(20/160) (20/160)

(20/90) (20/90) (110/19) (19/65)

(19/65)

(110/19)(19/65)

(19/65)

(19/65)

(20/285)

L1h=10cm L2

h=10cmL3

h=10cm

L5h=10cm L7

h=10cmL6

h=10cm

L8h=10cm

L9h=10cm

LE

L10h=10cm

L11h=10cm

V13(19/55)VE(19/55)

V22(

12/5

5)

L4h=10cm

506,0 513,0 357,0 513,0 506,0

386,0

312,0

386,0

506,0 505,0 373,0 505,0 506,0

386,0

312,0

386,0

565,0

565,0

353,5

551,0 468,0 357,0 468,0 551,0

353,5

Y

X

280,0 271,0

157,0 200,0

138,0

280,0271,0

147,0

178,5 178,5

216,0

176,0

116,0

276,0

565,0

565,0

338,5338,5

Fôrma Fôrma Final do Final do PavimentoPavimento--TipoTipo

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blocos sobre

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anlise

detalhamento

sapatas

desenho

linear