Modelação estrutural de pilares parede: influência das deformações de cortante

Compartilhar no whatsapp
Compartilhar no facebook
Compartilhar no twitter
Compartilhar no linkedin

Um dos aspectos fundamentais no projeto de edifícios altos é o controle dos movimentos laterais, causados pelas forças horizontais. Esses deslocamentos são causados pela flexão e pela rotação dos pisos por efeito da torção. Para conseguir uma adequada rigidez à torção dos pisos, pode-se colocar elementos de elevada rigidez horizontal nas fachadas ou utilizar um núcleo central de elevada rigidez à torção. A modelação estrutural de pilares paredes surge como opção de solução.
Os pilares paredes são elementos verticais, geralmente contínuos na altura do edifício, nos quais as dimensões da seção transversal são por vezes maior ou da mesma altura dos pavimentos. A espessura destes elementos é pequena, assemelhando-se mais com uma parede do que com uma barra, o que a diferencia dos pilares convencionais, onde as dimensões da seção transversal são muito menores que a altura dos pavimentos e, portanto, desprezíveis em comparação com esta.
Desde o ponto de vista geométrico, os pilares paredes podem ser modelados mais adequadamente como uma superfície ou combinação de superfícies que não ficam no mesmo plano em lugar de um elemento linear. Devido a esta característica, apresentam uma rigidez à flexão – e em alguns casos à torção – consideravelmente maior que os pilares convencionais.

Por que usar Pilares paredes?

Os pilares paredes servem para diversas funções desde o ponto de vista arquitetônico, uma vez que eles permitem dividir locais pela função e isolar térmica e acusticamente os espaços de um modo muito eficiente. Como solução estrutural, permitem transmitir as cargas verticais desde os pavimentos até as fundações, e aportam uma rigidez elevada para garantir que os deslocamentos laterais e de torção que as cargas horizontais produzem, não sejam excessivos.

Modelação estrutural de pilares parede

Existem variadas formas de modelação estrutural de pilares parede, a seguir analisaremos de forma breve, alguns modelos utilizados.

Barra equivalente

O pilar parede é modelado como uma barra, geralmente localizada no centróide da seção transversal, com 6 graus de liberdade em cada extremo. Cada barra tem o comprimento de um piso e as propriedades geométricas e mecânicas devem ser iguais às do pilar real.
É um modelo adequado para pilares paredes com seção retangular maciça ou seções I, U ou C, onde as asas sejam muito pequenas. A seção transversal e o material podem variar na altura.
 

Modelação estrutural de pilares parede: barra equivalente
Fig.1. Pilar de seção U modelado
mediante barra equivalente.

O modelo com seis graus de liberdade nos extremos não permite considerar as distorções (warping) que se produzem no caso de núcleos rígidos submetidos à torção, por esta causa, existem modelos onde são considerados sete graus de liberdade em cada extremo para incluir o empenamento da seção.

Pórtico equivalente

Este modelo é utilizado nos casos de pilares paredes com aberturas ou acoplamento com outros pilares paredes ou com pórticos. Os pilares paredes e pórticos devem encontrar-se no mesmo plano ou em planos verticais paralelos muito próximos. Cada pilar é substituído por uma barra localizada no centróide da seção transversal de comprimento igual à altura dos pavimentos. O acoplamento é feito através das lajes ou vigas modelados como barras de rigidez axial elevada, com trechos rígidos nos extremos. Esse método de modelação estrutural permite considerar a variação da seção em altura por causa de aberturas diferentes.

Modelação estrutural de pilares parede: Pórtico equivalente
Fig. 2. Modelo de pórtico equivalente para pilares paredes acoplados

Modelação de Núcleos rígidos.

Os núcleos rígidos são uma associação de paredes delgadas não coplanares interligadas entre si, constituindo seções transversais de perfil aberto ou parcialmente aberto. Exemplos disso são os pilares-parede que ficam em torno de caixas de elevadores e escadas.

Modelação estrutural de pilares parede: Modelação de Núcleos rígidos
Fig.3. Exemplo de seções de núcleos rígidos utilizadas em edifícios

Treliça equivalente

No caso de núcleos com translação e torção, o modelo pode ser uma treliça espacial formada por barras verticais, horizontais e diagonais com propriedades geométricas e mecânicas equivalentes às do pilar original. As barras horizontais devem ser muito rígidas no plano das paredes.

Modelação estrutural de pilares parede: Treliça equivalente
Fig. 4. Modelo de núcleo rígido mediante treliça equivalente

Barras verticais acopladas mediante barras rígidas

O modelo é utilizado no caso de pilares paredes formados por várias paredes formando seções abertas ou fechadas, como é no caso de núcleos de rigidez para escadas ou elevadores. Consiste de várias barras verticais acopladas mediante barras muito rígidas só no plano das paredes (Fig.5). Cada parede é modelada com uma barra de seção retangular. O modelo permite considerar as distorções da seção transversal e definir a interação e a flexibilidade das ligações do pilar parede com vigas ou lajes dos pavimentos.

Modelação estrutural de pilares parede: Barras verticais acopladas mediante barras rígidas
Fig.5. Pilar de seção U modelado com barras verticais de seção retangular acopladas mediante barras rígidas.

Analogia de grelha

Cada parede é modelada mediante uma grelha formada por barras verticais e horizontais com propriedades mecânicas e geométricas que permitam um comportamento similar ao pilar parede (Fig.6). A determinação da rigidez adequada das barras da grelha para obter os esforços no plano das paredes tem sido objeto de muitos estudos. O modelo permite considerar as distorções produzidas pela torção e a interação com vigas e lajes dos pavimentos.

Modelação estrutural de pilares parede: Analogia de grelha
Fig. 6. Pilares paredes de seção L modelados mediante analogia de grelha.

Método dos Elementos Finitos

Neste método de modelação estrutural, cada parede é dividida em sub-regiões ou elementos finitos de tipo shell, ligados entre si através dos nós (Fig.7). O método é completamente geral e permite considerar mudanças de seção na altura, presença de aberturas, espessuras e materiais diferentes, assim como as ligações do pilar parede com outros elementos, como vigas ou lajes dos pavimentos. Permite considerar as distorções produzidas pela torção.

Modelação estrutural de pilares parede: Método dos Elementos Finitos
Fig.7. Modelo de elementos finitos de um núcleo rígido de seção U.

Deformações de cortante

Para entender a influência das deformações de cortante, analisaremos uma parede de seção retangular, espessura t e altura H. No topo da parede aplicamos uma carga concentrada horizontal P. O deslocamento horizontal no topo do elemento é:


Na fórmula (1), o primeiro término se corresponde com os deslocamentos de flexão e o segundo término com os de cortante. Substituindo G,μ,A eIem (1) e igualando os términos temos:

Este valores são as relações entre L e H, para as quais as deformações de cortante têm a mesma influência nos deslocamentos totais que as de flexão. Assim, para valores de L/H maiores que 1.1785, as deformações de cortante são mais importantes que as de flexão. O gráfico da fig. 8 mostra como variam os deslocamentos de flexão e de cortante para distintos valores da relação L/H.

Modelação estrutural de pilares parede: Deformações de cortante

Fig.8. Variação dos deslocamentos de flexão e de
cortante para distintos valores da relação L/H

No gráfico anterior, podemos ver que na medida em que a altura do muro é maior e a relação L/H resulta menor, a importância das deformações de cortante é menor. Um cálculo simples indica, por exemplo, que para uma relação de L/H=0.25 (H/L=4) as deformações de cortante são menos de 5% das de flexão, o que justifica o fato de desprezar as mesmas no cálculo sempre que H/L≥5, como é indicado com frequência na bibliografia.
No próximo post continuaremos a análise, e serão tratados alguns pontos importantes na modelação estrutural e cálculo de pilares paredes. Até lá.
Se você gostou desse post, leia outros textos que escrevi, clicando aqui.

Assine nossa Newsletter

Receba os melhores conteúdos de engenharia em seu e-mail. Grátis.

COMPARTILHE:

Compartilhar no whatsapp
Envie para o WhatsApp
Compartilhar no facebook
Compartilhe no Facebook
Compartilhar no twitter
Compartilhe no Twitter
Compartilhar no linkedin
Compartilhe no Linkedin

DEIXE SEU COMENTÁRIO:

Meu Primeiro Gerenciamento de Projetos no QiCloud

Finalização de pranchas do projeto estrutural no QiEditor

Nesta jornada, você irá continuar desenvolvendo seu conhecimento na área de estruturas utilizando uma ferramenta específica para edição das pranchas do projeto.
Aqui, você vai ver:  

•      Associação de um projeto do Eberick ao QiEditor
•      Criação de detalhamentos
•      Edição de detalhamentos
•      Exportação de arquivos
•      Principais dúvidas
•      Relato de quem já trabalha com QiEditor

Nesta jornada você irá dar seus primeiros passos do gerenciamento de projetos utilizando uma ferramenta BIM especializada na sua área de atuação.

Aqui, você vai ver:

  • Como acessar sua licença e habilitá-la para usar o ambiente em nuvem
  • Alguns dos desafios da profissão gerente de projetos
  • Como apresentar e precificar seus primeiros trabalhos BIM
  • Quais cuidados você deve tomar antes de iniciar um gerenciamento
  • Introdução ao processo de trabalho
  • Como criar obras, definir grupos de colaboração
  • Parâmetros, configurações entre outras etapas de um gerenciamento de arquivos e pessoas no ambiente de nuvem 

Orçamento BIM: Quantitativo, EAP e personalização

Orçamento BIM: Quantitativo, EAP e personalização

Orçamento BIM: Quantitativo, EAP e personalização
Nesta jornada você irá ver itens importantes de um orçamento e conhecer um pouco mais sobre como funcionam as personalizações no software BIM para orçamentação QiVisus. Nesta jornada você terá uma visão sobre a importância de insumos, composições, quantitativo, e terá muita mão na massa para aplicar na ferramenta de trabalho.
Aqui, você vai ver:

•      Extração de quantitativos a partir do modelo IFC
•      Quantificação de elementos não modelados
•      Inclusão de novos insumos no orçamento
•      Inclusão de novas composições no orçamento
•      Criação de fórmulas e regras para quantificação de elementos.

Orçamento BIM: Quantitativo, EAP e personalização Nesta jornada você irá ver itens importantes de um orçamento e conhecer um pouco mais sobre como funcionam as personalizações no software BIM para orçamentação QiVisus. Nesta jornada você terá uma visão sobre a importância de insumos, composições, quantitativo, e terá muita mão na massa para aplicar na ferramenta de trabalho. Aqui, você vai ver:

•      Extração de quantitativos a partir do modelo IFC
•      Quantificação de elementos não modelados
•      Inclusão de novos insumos no orçamento
•      Inclusão de novas composições no orçamento
•      Criação de fórmulas e regras para quantificação de elementos.

Visão geral de BIM: Alinhamento, processo e trabalho colaborativo

Visão geral de BIM: Alinhamento, processo e trabalho colaborativo

Nesta jornada, você terá uma visão geral sobre o BIM, seus usos e como a metodologia pode ser incorporada ao seu processo de trabalho. 

Aqui, você vai ver:

•     Introdução ao BIM
•     Introdução ao processo de trabalho em BIM
•     Trabalho colaborativo
•     Dicas de modelagem em ferramentas BIM para arquitetura
•     Criação de template em ferramenta BIM para projetos de instalações

Nesta jornada, você terá uma visão geral sobre o BIM, seus usos e como a metodologia pode ser incorporada ao seu processo de trabalho. 

•     Introdução ao BIM
•     Introdução ao processo de trabalho em BIM
•     Trabalho colaborativo
•     Dicas de modelagem em ferramentas BIM para arquitetura
•     Criação de template em ferramenta BIM para projetos de instalações

Visão Geral Sobre BIM

Nesta jornada, você terá uma visão geral sobre o BIM, seus usos e como a metodologia pode ser incorporada ao seu processo de trabalho. 

Aqui, você vai ver:

  • BIM: por que e para quê?
  • Case de quem já implementou o BIM
  • Processo de trabalho em BIM
  • Trabalho colaborativo
  • Diretrizes de modelagem
  • Compatibilização de projetos BIM
  • BIM 4D – Introdução ao planejamento de projetos em BIM
  • BIM 5D – Introdução ao orçamento de projetos BIM
  • Introdução à manutenção programada
  • Introdução à sustentabilidade nos projetos

Meu Primeiro Orçamento no QiVisus

Meu Primeiro Orçamento no QiVisus

Nesta jornada você irá dar seus primeiros passos em orçamentação de projetos utilizando uma ferramenta BIM especializada na sua área de atuação.

Aqui, você vai ver:

  • Como acessar sua licença e habilitá-la no software
  • Alguns dos desafios da profissão orçamentista
  • Como se posicionar e ser encontrado no mercado
  • Quais cuidados antes de iniciar um orçamento
  • Como importar arquivos e integrar com a nuvem
  • Parâmetros, configurações entre outras etapas de um orçamento

Nesta jornada você irá dar seus primeiros passos em orçamentação de projetos utilizando uma ferramenta BIM especializada na sua área de atuação.
Aqui, você vai ver:  

•      Como acessar sua licença e habilitá-la no software
•      Alguns dos desafios da profissão orçamentista
•      Como se posicionar e ser encontrado no mercado
•      Quais cuidados antes de iniciar um orçamento
•      Como importar arquivos e integrar com a nuvem
•      Parâmetros, configurações entre outras etapas de um orçamento

Meu Primeiro Projeto de Instalações Hidrossanitárias no QiBuilder

Meu Primeiro Projeto de Instalações Hidrossanitárias no QiBuilder

Nesta jornada, você irá dar seus primeiros passos na elaboração de projetos utilizando uma ferramenta BIM especializada na sua área de atuação.

Aqui, você vai ver:

  • Como acessar sua licença e habilitá-la para utilizar o software
  • Alguns dos desafios da profissão de um projetista de instalações
  • Como apresentar e precificar seus primeiros trabalhos BIM
  • Quais cuidados você deve tomar antes de iniciar um projeto
  • Introdução ao processo de trabalho
  • Como elaborar, preparar e importar os arquivos de apoio para iniciar um projeto
  • Parâmetros, configurações e todas as etapas de um projeto até a entrega ao cliente

Meu Primeiro Projeto de Instalações Hidrossanitárias no QiBuilder Nesta jornada, você irá dar seus primeiros passos na elaboração de projetos utilizando uma ferramenta BIM especializada na sua área de atuação.
Aqui, você vai ver:  

•      Como acessar sua licença e habilitá-la para utilizar o software
•      Alguns dos desafios da profissão de um projetista de instalações
•      Como apresentar e precificar seus primeiros trabalhos BIM
•      Quais cuidados você deve tomar antes de iniciar um projeto
•      Introdução ao processo de trabalho
•      Como elaborar, preparar e importar os arquivos de apoio para iniciar um projeto
•      Parâmetros, configurações e todas as etapas de um projeto até a entrega ao cliente

Meu Primeiro Projeto Estrutural no Eberick

Meu Primeiro Projeto Estrutural no Eberick

Nesta jornada, você irá dar seus primeiros passos na elaboração de projetos utilizando uma ferramenta BIM especializada na sua área de atuação.
Aqui, você vai ver:  

•      Como acessar sua licença e habilitá-la para utilizar o software
•      Alguns dos desafios da profissão de um projetista de instalações
•      Como apresentar e precificar seus primeiros trabalhos BIM
•      Quais cuidados você deve tomar antes de iniciar um projeto
•      Introdução ao processo de trabalho
•      Como elaborar, preparar e importar os arquivos de apoio para iniciar um projeto
•      Parâmetros, configurações e todas as etapas de um projeto até a entrega ao cliente

Nesta jornada, você irá dar seus primeiros passos na elaboração de projetos utilizando uma ferramenta BIM especializada na sua área de atuação.

Aqui, você vai ver:

  • Como acessar sua licença e habilitá-la para usar o software
  • Alguns dos desafios da profissão de um projetista de estruturas
  • Como apresentar e precificar seus primeiros trabalhos BIM
  • Quais cuidados antes de iniciar um projeto
  • Introdução ao processo de trabalho
  • Como elaborar, preparar e importar os arquivos de apoio para iniciar um projeto
  • Parâmetros, configurações e todas as etapas de um projeto até a entrega ao cliente

Meu Primeiro Gerenciamento de Projetos no QiCloud

Meu Primeiro Gerenciamento de Projetos no QiCloud

Nesta jornada você irá dar seus primeiros passos do gerenciamento de projetos utilizando uma ferramenta BIM especializada na sua área de atuação.
Aqui, você vai ver:  

•      Como acessar sua licença e habilitá-la para usar o ambiente em nuvem
•      Alguns dos desafios da profissão gerente de projetos
•      Como apresentar e precificar seus primeiros trabalhos BIM
•      Quais cuidados você deve tomar antes de iniciar um gerenciamento
•      Introdução ao processo de trabalho
•      Como criar obras, definir grupos de colaboração
•      Parâmetros, configurações entre outras etapas de um gerenciamento de arquivos e pessoas no ambiente de nuvem

Nesta jornada você irá dar seus primeiros passos do gerenciamento de projetos utilizando uma ferramenta BIM especializada na sua área de atuação.

Aqui, você vai ver:

  • Como acessar sua licença e habilitá-la para usar o ambiente em nuvem
  • Alguns dos desafios da profissão gerente de projetos
  • Como apresentar e precificar seus primeiros trabalhos BIM
  • Quais cuidados você deve tomar antes de iniciar um gerenciamento
  • Introdução ao processo de trabalho
  • Como criar obras, definir grupos de colaboração
  • Parâmetros, configurações entre outras etapas de um gerenciamento de arquivos e pessoas no ambiente de nuvem 

Meu Primeiro Projeto de Instalações Elétricas no QiBuilder

Meu Primeiro Projeto de Instalações Elétricas no QiBuilder

Nesta jornada, você irá dar seus primeiros passos na elaboração de projetos utilizando uma ferramenta BIM especializada na sua área de atuação.
Aqui, você vai ver:  

•      Como acessar sua licença e habilitá-la para utilizar o software
•      Alguns dos desafios da profissão de um projetista de instalações
•      Como apresentar e precificar seus primeiros trabalhos BIM
•      Quais cuidados você deve tomar antes de iniciar um projeto
•      Introdução ao processo de trabalho
•      Como elaborar, preparar e importar os arquivos de apoio para iniciar um projeto
•      Parâmetros, configurações e todas as etapas de um projeto até a entrega ao cliente

Nesta jornada, você irá dar seus primeiros passos na elaboração de projetos utilizando uma ferramenta BIM especializada na sua área de atuação.

Aqui, você vai ver:

  • Como acessar sua licença e habilitá-la para utilizar o software
  • Alguns dos desafios da profissão de um projetista de instalações
  • Como apresentar e precificar seus primeiros trabalhos BIM
  • Quais cuidados você deve tomar antes de iniciar um projeto
  • Introdução ao processo de trabalho
  • Como elaborar, preparar e importar os arquivos de apoio para iniciar um projeto
  • Parâmetros, configurações e todas as etapas de um projeto até a entrega ao cliente