reflexões sobre o projeto estrutural de pré-fabricados de concreto · 04/09/2015 2 reflexões...
TRANSCRIPT
04/09/2015
1
1º Seminário – Projeto de estruturas
pré-fabricadas – Parte 1
Reflexões sobre o projeto estrutural
de pré-fabricados de concreto
Angelo Rubens Migliore Junior
www.migliorepastore.com.br
Rio do Sul – SC, 02 de setembro de 2015
Reflexões sobre o projeto estrutural de pré-fabricados de concreto
Mini Currículo
2
• Engenheiro Civil (Unifeb, 1980), mestre em Engenharia de
Estruturas (EESC-USP, 1987) e doutor em Ciência e
Engenharia de Materiais (UFSCar, 1992).
• Atualmente é sócio-proprietário da empresa Migliore &
Pastore Engenharia Ltda. e professor de cursos de pós-
graduação em Engenharia de Estruturas pela UniLins,
Sociesc, Ycon, Unidavi, Incursos e Metrocamp.
• Diretor Regional da ABECE S.J. Rio Preto.
• Atua profissionalmente com projeto de estruturas de
concreto armado, protendido e pré-moldado, tendo realizado
mais de 1.700 serviços desde 1981 nas áreas de edifícios
residenciais, comerciais e industriais; pontes, viadutos e
passarelas; fundações de bases e equipamentos;
recuperação e reforço estrutural de obras de concreto.
04/09/2015
2
Reflexões sobre o projeto estrutural de pré-fabricados de concreto
Construção civil no Brasil
Setor considerado atrasado, se comparado a outros ramos
industriais
Baixa produtividade;
Desperdício de materiais;
Morosidade;
Baixo controle de qualidade no projeto e na produção.
Síndrome dos 3 D
Dirty Sujo
Difficult Difícil
Dangerous Perigoso
Cheap Barato
Estrutura ~20 a 30%
do custo da obra 3
Preço relativo no Brasil
Smartphone
R$ 2.700,00 / un
150 gf / un
R$ 18.000,00 /kgf
Concreto armado
R$ 3.000,00 / m3
2.500 kgf/ m3
R$ 1,20 /kgf
Valores aproximados em agosto/15
Ouro no atacado: R$ 130.000,00 /kgf
relação 15.000 : 1
Reflexões sobre o projeto estrutural de pré-fabricados de concreto
4
04/09/2015
3
Interrelações para edifícios
Estrutura de
concreto
convencional
Estrutura de
concreto pré-
fabricado
Estrutura
metálica
Reflexões sobre o projeto estrutural de pré-fabricados de concreto
5
Porcentagem de cimento destinado a pré-moldados
Delft Precast Concrete Institute - Holanda
Reflexões sobre o projeto estrutural de pré-fabricados de concreto
6
04/09/2015
4
Produtividade – PIB/trabalhador no Brasil
valores deflacionados na Construção Civil
Reflexões sobre o projeto estrutural de pré-fabricados de concreto
7
Relação material x mão de obra no Brasil
1 1 1
0,5
1
1,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
1970 1990 2010
Mão de obra
Material
valores médios aproximados ao longo de décadas recentes
Reflexões sobre o projeto estrutural de pré-fabricados de concreto
8
04/09/2015
5
Fases de projeto de pré-moldados
Reflexões sobre o projeto estrutural de pré-fabricados de concreto
9
Estudo preliminar
Proposta da tipologia arquitetônica
Definição de produto
Desenvolvimento de produto
Integração de sub-sistemas
Ante-projeto
Viabilidade econômica
Dimensionamento
Detalhamento de projeto executivo
Plano de moldagem
Plano de movimentação de elementos
Plano de montagem
Ênfase de
estruturas
convencionais
Dificuldades usuais com o contratante final
Reflexões sobre o projeto estrutural de pré-fabricados de concreto
10
Prazo exíguo para estudos de otimização;
Ausência de informação de projetos
complementares;
Ausência de coordenação modular;
Menosprezo pela padronização de elementos;
Pouca vivência de comportamento estrutural;
Desconhecimento de processo construtivo;
Adaptação de projeto estrutural convencional.
04/09/2015
6
Desconsideração
de interferências na
implantação da
obra
Reflexões sobre o projeto estrutural de pré-fabricados de concreto
11
Precária
compatibilização de
projetos
Reflexões sobre o projeto estrutural de pré-fabricados de concreto
12
04/09/2015
7
Dificuldades usuais com o projeto estrutural
Reflexões sobre o projeto estrutural de pré-fabricados de concreto
13
Baixa integração entre padrões digitais de
projeto de arquitetura x estrutura;
Baixa integração entre modelos numéricos
de projeto;
Muita limitação para simulação de ligações;
Restrições para uso de contraventamento;
Ausência de integração entre estrutura x
fundações com contenções.
Sub avaliação de efeito de vento
Reflexões sobre o projeto estrutural de pré-fabricados de concreto
14
04/09/2015
8
Falta de integração entre sistemas
Reflexões sobre o projeto estrutural de pré-fabricados de concreto
15
Dificuldades usuais com o fabricante
Reflexões sobre o projeto estrutural de pré-fabricados de concreto
16
Divergência entre volumes orçados x projetados;
Divergência de prazos entre projeto x obra;
Pouca informação de padrões de elementos;
Ausência de detalhes padronizados;
Ausência de padrões digitais de comunicação;
Ausência de parâmetros atualizados de custos
de produção;
Baixo uso de acessórios padronizados.
04/09/2015
9
Desabamento durante etapa de montagem
Reflexões sobre o projeto estrutural de pré-fabricados de concreto
17
Ausência de escoramento provisório
Reflexões sobre o projeto estrutural de pré-fabricados de concreto
18
04/09/2015
10
Bicheira na concretagem posterior de consolo
Reflexões sobre o projeto estrutural de pré-fabricados de concreto
19
Falha de concretagem de consolo
Reflexões sobre o projeto estrutural de pré-fabricados de concreto
20
04/09/2015
11
Falta de ancoragem de consolo
Reflexões sobre o projeto estrutural de pré-fabricados de concreto
21
Perspectivas para o futuro
Reflexões sobre o projeto estrutural de pré-fabricados de concreto
22
Maior rigor nas definições iniciais;
Maior integração entre sub-sistemas;
Respeito aos limites tecnológicos dos materiais;
Maior uso de protensão;
Maior capacitação técnica de atores envolvidos
no processo decisório;
Utilização de software avançado no detalhamento
de obras e elementos.
04/09/2015
1
Angelo Rubens Migliore Junior
1º Seminário – Projeto de estruturas
pré-fabricadas – Parte 2
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 2
1. Vigas usuais de edifícios de CPM
Para reduzir custos, procura-se:
Minimizar o número de ligações de extremidade;
Minimizar o número de restrições nas ligações.
→ Em geral, vigas bi-articuladas com maiores vãos.
Ex.: 2 vigas com mesma seção, mesma vinculação e
mesmo carregamento onde L2 = 2×L1 resulta:
M2 = 4×M1 e flecha a2 = 16×a1
04/09/2015
2
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 3
Seções típicas de vigas de edifícios
Escolha da seção depende de condições estéticas,
de disponibilidade de formas e de experiência
anterior sendo regida por tentativa e erro, em geral.
a) Seção retangular
sem solidarização
b) Seção T para
apoio de laje
c) Seção duplo T
d) Seção T invertido
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 4
2. Concreto armado x protendido
Concreto armado fissura e sofre fluência → promove
aumento significativo de flecha;
Protensão pode minimizar ou eliminar fissuras.
Pré-tração com cabos retos e nús simplifica a produção
→ usual em pré-fabricados de concreto;
Pós-tração com cabos curvos é mais eficiente →
acompanha o andamento de solicitação de
flexão; bainha protege melhor contra a corrosão.
Protensão
04/09/2015
3
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 5
Equilíbrio interno da seção protendida
Cabo de protensão Seção de concreto
• Variando M ou P ao longo do tempo ou do vão,
varia o centro de pressão ya, mas sempre C = P.
• Aumentando a altura da seção, a excentricidade eP
varia, mas a coordenada yP é mantida constante.
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 6
3. Tensões elásticas no concreto
Para uma determinada etapa construtiva, para uma
determinada força de protensão e com o sistema de
coordenadas utilizado, pode-se obter para a seção
meio do vão (onde s > 0 indica tração):
0
0
1
1 1
0
2
2 2
1
1
C
P
C
P
C
P
A
y y MP
A W W
y y MP
A W W
s
s
s
04/09/2015
4
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 7
a) Ato de protensão
0
00
0
pi
a P
pi
P P
My y
P
000
0 010 0 min,
1 1
0 020 0 max,
2 2
1
1
pi
CS
S P
pi j
CS S S
S P
pi j
CS S S
P
A
y y MP
A W W
y y MP
A W W
s
s s
s s
pi representa a perda imediata da
força inicial P0;
→ usual: 5% a 10 % (0,95 a 0,90)
M0 → ação g0
S → seção
inicial
i,j → fibra, etapa
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 8
Tensões limites admissíveis
Tensões algébricas para uma determinada idade e
uma determinada combinação de carregamento
(Protensão Completa ou Limitada):
max,
min,
1,2 0,7 0,84 (ELS-F)
0,7 (ELS-CE)
j ctj ctj
j cj
f f
f
s
s
Resistências do concreto jovem na idade j em valor
absoluto (em geral, 60% do valor aos 28 dias).
04/09/2015
5
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 9
b) Montagem da estrutura
Seção simples com
acréscimo da ação g1
→ M1 altera o centro
de pressão ya
0 11
0
a P
pi
M My y
P
0
0 01
0 0 111 11 0
1 1 1
0 0 112 21 0
1 2 2
0
1
1
pi
CS
S P
pi
S CS S S
S P
pi
S CS S S
P
A
y y M MMP
W A W W
y y M MMP
W A W W
s s
s s
s s
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 10
Consideração de perdas progressivas
Após endurecimento do concreto, há nova alteração do centro de pressão. Instante crítico tempo
infinito com redução da protensão pelas perdas
progressivas.
0 0(1 ) ; (1 )i pi p pp piP P P P
pp representa a perda progressiva a partir da
etapa anterior;
→ usual: 10% a 20 % (0,90 a 0,80)
04/09/2015
6
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 11
c) Solidarização de mesa adicional
0 00 00 02 01 11
0 0
0 21 0
1 1
0 212 11 0 max
1 1
0 22 0
2
1 1 1
11
1 1
11
pi piF Fpp pp
CF S S CF
F P
pp pi
CF F F
F P
pp pi
CF F F
F P
pp pi
CF F
P Py y
A y y A
y y MP
A W W
y y MP
A W W
y y MP
A W W
s s s s
s
s s s
s
2
0 222 21 0 min
2 2
1 1
F
F P
pp pi
CF F F
y y MP
A W Ws s s
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 12
Relações geométricas
0 1 21 2
0 1 2
; ; ; F CF F Fy A W W
S CS S S
y A W Wk k k k
y A W W
0 1 0 2 0 4S FI y W h y W h y W
S → seção inicial (simples)
F → seção final (simples ou composta)
k → varia entre 1,2 e 3,0 para peças
compostas usuais de edifícios
04/09/2015
7
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 13
Tensões limites finais
Para o caso de CAA-III:
max
min
0 para CFQ
0,84 para CR
0,7 para CR
ctk
ck
f
f
s
s
max 1,2 para CRctkfs
Devido à corrosão, para CAA-I é prudente:
Prot. Completa
Prot. Limitada
Prot. Limitada
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 14
Tensões na mesa adicional
0 232 0 max
2 2
0 242 0 min
4 4
11 0,84
11 0,7
F P
pp pi M ctk M
CF F F
F P
pp pi M ck M
CF F F
y y MP f
A W W
y y MP f
A W W
s s
s s
Tensões
parciais
Tensões
finais
04/09/2015
8
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 15
4. Módulo resistente mínimo
0 0
1 1 1
20 1 min, max
1 1
1 1 1 11 1 1
1 + 1
y
pi pp S P
CS A S W W
pp pp j
S W
kP y y
A k W k k
MM M
W k
s s
20 1
11
0
min, max
1
11
pp
WS
pi
pp j
CS A
MM M
kW
P
A k
s s
a) Borda inferior da pré-viga (entre etapas 0 e 2)
Ordenando e simplificando:
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 16
4. Módulo resistente mínimo a) Borda inferior da pré-viga
adotando:
* 1
1
1
1
* 1
1
1
11
0,6
11
0,6 0,84
CFQ
W
W pp cj
S
CR
W
W pp cj ctk
M Mk
k fW
M Mk
k f f
0 11 0,1 1,5pi cj ctj A
CS A
Pf f para k
A k
MC* → momentos
para determinada
combinação sem
a parcela M0
04/09/2015
9
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 17
4. Módulo resistente mínimo b) Borda superior da pré-viga
* 1
2
2
2
11
1,84 0,7
CR
W
S
W pp ctj ck
M Mk
Wk f f
Impondo kW, fica determinado WF a partir de WS:
1 1 1
2 2 2
F W S
F W S
W k W
W k W
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 18
5. Exemplos de aplicação
Viga pré-fabricada típica de edifício comercial com vão teórico
de 7 m, CAA III, ações linearizadas de laje alveolar com vão
de 10 m de cada lado da peça (g0 desconhecido):
Condições adicionais impostas:
g1 = 50 kN/m; g2 = 15 kN/m; q = 30 kN/m
40,0 ; 3,5
24,0 ; 2,5
0,95; 0,85
ck ctk
cj ctj
pi pp
f MPa f MPa
f MPa f MPa
04/09/2015
10
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 19
5.1. Exemplo 1 – Retangular sem mesa
Seção retangular 40x80cm2:
3
1
3
50.80035.574
0,7 0,85 2,4
58.20033.798
0,7 0,85 2,4 0,84 0,35
S
cm
W
cm
3
2
58.20022.999
0,84 0,85 0,25 0,7 4SW cm
2 3 3
CS 1S 2SA = 3.200 cm ; W = 42.667 cm ; W = 42.667 cm
Em geral, W1 > W2 →
T invertido é melhor !
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 20
5.1. Exemplo 1 – Retangular sem mesa
Protensão superior: 4 cordoalhas CP-190 RB f 9.5mm
Protensão inferior: 17 cordoalhas CP-190 RB f 9.5mm
Perda imediata: pi = 0,945
Perda progressiva: pp = 0,860
Borda Ato de
protensão 0
CFQ
1
CR
2
2 +1,0 -10,9 -12,5
1 -10,6 +2,3 +4,0
Tabela 1 – Tensões elásticas (MPa) para cada situação de projeto
Tensões calculadas no Estádio I com a seção homogeneizada
considerando apenas armadura ativa.
04/09/2015
11
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 21
5.2. Exemplo 2 – Duplo T sem mesa
Alma de 15x90cm2 e mesas com largura de 38cm:
Viga otimizada sem acréscimo de mesa superior adicional:
apesar de maior altura, menor volume (e, portanto,
menor peso); menor consumo de protensão em razão da maior altura
útil e da maior compressão no Centro Geométrico,
devido à menor área bruta de concreto.
2 3 3
CS 1S 2SA = 1.969 cm ; W = 41.056 cm ; W = 39.825 cm
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 22
5.2. Exemplo 2 – Duplo T sem mesa
Protensão superior: 4 fios CP-150 RN f 6.0mm
Protensão inferior: 13 cordoalhas CP-190 RB f 9.5mm
Perda imediata: pi = 0,935
Perda progressiva: pp = 0,850
Tabela 2 – Tensões elásticas (MPa) para cada situação de projeto
Borda Ato de
protensão 0
CFQ
1
CR
2
2 +1,2 -11,5 -13,3
1 -13,3 +1,9 +3,6
04/09/2015
12
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 23
5.3. Exemplo 3 – Retangular com mesa
Seção 40x80cm2 ; mesa (C30) h=20 e b=90 cm:
3
1
3
150.800 1 30.625
2,027.007
0,6 2,0 0,85 2,4
158.200 1 30.625
2,024.214
2,0 0,6 0,85 2,4 0,84 0,35
S
cm
W
cm
3
2
158.200 1 30.625
2,011.519
2,0 1,84 0,85 0,25 0,7 4,0SW cm
2 3 3
CS 1S 2SA = 2.800 cm ; W = 32.667 cm ; W = 32.667 cm
Com kW = 2,0:
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 24
5.3. Exemplo 3 – Retangular com mesa
Protensão superior: 4 fios CP-150 RN f 6.0mm
Protensão inferior: 14 cordoalhas CP-190 RB f 9.5mm
Perda imediata: pi = 0,940
Perda progressiva: pp = 0,870
Tabela 3 – Tensões elásticas (MPa) para cada situação de projeto
Borda Ato de
protensão 0
CFQ
1
CR
2
4 - - - -2,7 -3,6
3 - - - -1,2 -1,6
2 +2,0 -8,1 -8,5
1 -10,3 +2,0 +4,1
04/09/2015
13
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 25
5.4. Exemplo 4 – Duplo T com mesa
Alma de 12x80cm2 e mesas com largura de 38cm:
Viga otimizada com acréscimo de mesa superior adicional:
apesar de maior altura, menor volume (e, portanto,
menor peso); menor consumo de protensão em razão da maior altura
útil e da maior compressão no Centro Geométrico,
devido à menor área bruta de concreto.
2 3 3
CS 1S 2SA = 1.534 cm ; W = 25.380 cm ; W = 28.898 cm
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 26
5.4. Exemplo 4 – Duplo T com mesa
Protensão superior: 4 fios CP-150 RN f 6.0mm
Protensão inferior: 12 cordoalhas CP-190 RB f 9.5mm
Perda imediata: pi = 0,910
Perda progressiva: pp = 0,840
Tabela 4 – Tensões elásticas (MPa) para cada situação de projeto
Borda Ato de
protensão 0
CFQ
1
CR
2
4 - - - -2,7 -3,6
3 - - - -0,8 -1,2
2 +2,1 -9,1 -9,4
1 -15,5 +2,5 +4,2
04/09/2015
14
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 27
6. Conclusões
a) Definir fc e fct nas idades j e 28 dias;
b) Definir Classe de Agressividade Ambiental (maior
exigência para o ELS-F quanto maior agressividade);
c) Definir combinações Quase Permanente e Rara, mesmo
sem conhecer a ação de peso próprio g0 da peça;
d) Adotar perdas e relações entre as propriedades
geométricas da seção inicial e final da viga;
e) Determinar Wmin segundo as inequações apresentadas;
f) Escolher forma e geometria da seção da viga, lembrando
que a protensão deverá ser tanto maior quanto os
módulos resistentes adotados estiverem mais próximos
dos valores mínimos determinados;
Estratégias para definição da seção resist. de vigas pré-fabricadas de edifícios com pré-tração
A. Rubens Migliore Jr. – [email protected] 28
6. Conclusões
g) Calcular o momento fletor de peso próprio M0;
h) Adotar armadura de protensão inferior e, eventualmente,
superior para compensar a pouca liberdade na posição
vertical dos cabos de protensão;
i) Estimar perdas de protensão inicial e progressiva;
j) Calcular as propriedades geométricas da seção
transversal homogeneizada no Estádio I simples e
composta, incluindo a armadura ativa e, eventualmente,
passiva;
k) Verificar tensões nas bordas extremas da peça para
cada etapa construtiva e para cada combinação de
carregamento.