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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
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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.
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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
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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
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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
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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!!
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Alguns PacotesAlguns Pacotes de Softwarede Software DisponíveisDisponíveis
SAP2000ANSYSADINAAUTOCADMICROSTATIONTQSCYPECADEBERICKSISTRUT
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AnáliseAnálise xx ProjetoProjeto
Sap2000
Ansys
Adina
TQS
CypeCAD
Eberick
Análise Projeto CAD
AutoCAD
Microstation
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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
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InterfaceInterface GráficaGráfica –– SAP2000SAP2000Análise estrutural por elementos finitos
Tipos de análise: estática, dinâmica, time-history, espectral e não-linear
Tela PrincipalTela Principal
Modelos EstruturaisModelos Estruturais
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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.
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InterfaceInterface GráficaGráfica –– ADINAADINA
Message Window
Janela gráfica
Menu principal
Comand Window
Menu cascata Íconess
Análise estrutural por elementos finitos
Diversos tipos de análise
Tela PrincipalTela Principal
Definição de Graus de LiberdadeDefinição de Graus de Liberdade
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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
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InterfaceInterface GráficaGráfica –– ANSYSANSYS
Tela PrincipalTela Principal
Análise de tensõesAnálise de tensões
Inserção de formas geométricasInserção de formas geométricas
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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
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InterfaceInterface GráficaGráfica –– TQSTQS
Laje NervuradaLaje Nervurada
Deformações e Fissuração em LajeDeformações e Fissuração em Laje
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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
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InterfaceInterface GráficaGráfica –– EBERICKEBERICK
Detalhamento de VigasDetalhamento de Vigas
Modelo de Grelha e Pórtico EspacialModelo de Grelha e Pórtico Espacial
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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
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InterfaceInterface GráficaGráfica –– CYPECADCYPECAD
Tela PrincipalTela Principal
Envoltórias de VigasEnvoltórias de Vigas
Modelo em 3DModelo em 3D
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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
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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.
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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
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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 =+=
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Propriedades Propriedades do do ConcretoConcreto
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‰
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Propriedades Propriedades do do ConcretoConcreto
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
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Cobrimento Cobrimento de de ArmaduraArmadura
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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
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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.
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8 51 5
1 2 05 51 2 01 5
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1 8 51 5
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1 0 0
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3 5 . 5
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1 7 1
Dor
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Projeto ArquitetônicoProjeto Arquitetônico
Pavimento TipoPavimento Tipo
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2 4 1
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A
B B
CoberturaCobertura
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Projeto ArquitetônicoProjeto Arquitetônico
ElevaçãoElevação FrontalFrontal ElevaçãoElevação LateralLateral
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Projeto ArquitetônicoProjeto Arquitetônico
Corte ACorte A--AA Corte BCorte B--BB
3 0 0
2 7 5
2 7 5
2 7 5
2 7 5
2 7 5
2 7 5
2 7 5
2 7 5
2 7 5
2 7 5
2 7 5
2 7 5
2 7 5
2 7 5
1 7 5
2 7 5
2 0 0
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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
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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
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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