1
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Talita Resmin Colaço
ANÁLISE DO DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL DE RESERVATÓRIOS
RETANGULARES EM CONCRETO ARMADO
Santa Cruz do Sul
2017
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Guias e Dicas
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Encontrar documentos
Prepare-se para as provas com trabalhos de outros alunos como você, aqui na Docsity
Encontra documentos específicos para os exames da tua universidade
Encontra documentos específicos para os exames da tua universidade
Videoaulas
Prepare-se com as videoaulas e exercícios resolvidos criados a partir da grade da sua Universidade
Quiz
Responda perguntas de provas passadas e avalie sua preparação.
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
concreto 2 - reservatorios, Manuais, Projetos, Pesquisas de Cálculo
relatorio - concreto 2 - reservatorios
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
2019
1 / 135
Esta página não é visível na pré-visualização
Não perca as partes importantes!
Documentos relacionados
Pré-visualização parcial do texto
Baixe concreto 2 - reservatorios e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Cálculo, somente na Docsity!
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Talita Resmin Colaço
ANÁLISE DO DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL DE RESERVATÓRIOS
RETANGULARES EM CONCRETO ARMADO
Santa Cruz do Sul 2017
Talita Resmin Colaço
ANÁLISE DO DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL DE RESERVATÓRIOS
RETANGULARES EM CONCRETO ARMADO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil, da Universidade de Santa Cruz do Sul – UNISC, na área de Estruturas, para a obtenção do título de Engenheira Civil. Orientador: Prof. M.Sc. Christian Donin
Santa Cruz do Sul 2017
Dedico este trabalho aos meus pais Sérgio e Vera, meus avós Alvino e Eloína e meu namorado André, que são uma grande referência em minha vida.
AGRADECIMENTOS
A Deus, por ter me dado saúde е força para superar as dificuldades. Agradeço aos meus pais, Sérgio e Vera, pelo amor e dedicação destinados a mim, por estarem sempre ao meu lado me apoiando para que eu pudesse chegar até aqui. Agradeço aos meus avós Alvino e Eloína, por incansavelmente acreditar em mim e me transmitir um amor sem igual, vocês são meus exemplos. Ao meu namorado André Linhares, pelo apoio e compressão nos momentos que estive ausente, paciência e confiança depositada em mim. Ao meu orientador Christian Donin, pelos ensinamentos transmitidos, pelo incentivo e dedicação na orientação deste trabalho. Agradeço aos colegas Gabriel Hauschild e Leonardo Massulo, pelos ensinamentos trocados e pela ajuda na modelagem do protótipo. Agradeço as minhas amigas e colegas Danielle Brixner e Gabriela Seolin, por estarem presentes nessa etapa de conclusão de curso, pela amizade e pelos momentos vividos. Por fim, agradeço de coração, todas as pessoas especiais que de alguma forma fizeram parte dessa longa caminhada que aqui se encerra, serei eternamente grata.
ABSTRACT
The research presents an overview of the structural analysis of reservoirs in reinforced concrete, initially explains basic concepts on the subject and a bibliographical revision, where are exposed different methods of calculations for structural design, where the types, positioning in relation to the soil were specified and the forces acting on each case. With the main focus on the rectangular reservoirs, the theoretical study for this type of reservoir was based on conventional methods of calculations. The Plate Theory was discussed, as well as the calculation models and criteria established by the Brazilian Association of Technical Standards (6118: 2014). Subsequently, in order to apply the methods studied in a case study, a prototype of a reservoir of rectangular geometry in reinforced concrete supported on the ground was determined. This allows the analysis and comparison between the Classical Methods and the Finite Element Method, through ANSYS® 16.1 software, and it is possible to present conclusions about the accuracy and reliability of the comparative models.
Keywords: Rectangular reservoir. Reservoir in reinforced concrete. Structural analysis.
LISTA DE FIGURAS
- Figura 1 - Posição dos reservatórios em relação ao solo
- Figura 2 - Modelos de reservatórios elevados...........................................................
- Figura 3 - Tipos de reservatórios múltiplos
- Figura 4 - Espessuras dos elementos estruturais
- Figura 5 - Pressão hidrostática atuante nas paredes
- Figura 6 - Efeito de subpressão em reservatório enterrado
- Figura 7 - Reservatório antes do aterro
- Figura 8 - Reservatório cheio e enterrado
- Figura 9 - Reservatório vazio e enterrado
- Figura 10 - Dimensões usuais para reservatórios retangulares
- Figura 11 - Dimensões para aberturas de lajes que dispensam verificação..............
- Figura 12 - Condições de contorno das placas
- Figura 13 - Compatibilização dos momentos fletores
- Figura 14 - Esforços normais de tração
- Figura 15 - Momentos fletores e forças normais de tração
- Figura 16 - Seção retangular submetida a flexo-tração.............................................
- Figura 17 - Domínios de dimensionamento da flexo-tração
- Figura 18 - Número de direções da que laje deve ser armada..................................
- Figura 19 - Distribuição de tensões e deformações
- Figura 20 - Seção retangular
- Figura 21 - Comprimento de ancoragem necessário
- Figura 22 - Abertura limite das fissuras em função da pressão hidrostática
- Figura 23 - Armaduras verticais das paredes
- Figura 24 - Armaduras horizontais das paredes
- Figura 25 - Armaduras da laje do fundo
- Figura 26 - Armaduras da laje de tampa
- Figura 27 - Vistas do reservatório
- Figura 28 - Planta baixa
- Figura 29 - Cortes
- Figura 30 - Cargas atuantes na tampa
- Figura 31 - Cargas atuantes nas paredes
- Figura 32 - Cargas atuantes no fundo
- Figura 33 - Ligação entre as placas
- Figura 34 - Identificação das placas
- Figura 35 - Tampa
- Figura 36 - Diagrama dos momentos fletores
- Figura 37 - Paredes 1 e
- Figura 38 - Carga atuante
- Figura 39 - Áreas de influência..................................................................................
- Figura 40 - Diagrama do momento M’x e Mx
- Figura 41 - Diagrama dos momentos fletores
- Figura 42 - Paredes 3 e
- Figura 43 - Áreas de influência..................................................................................
- Figura 44 - Diagrama dos momentos fletores parede 3 e
- Figura 45 - Placa de fundo
- Figura 46 - Diagrama dos momentos fletores no fundo
- Figura 47 - Momentos fletores entre as paredes não compatibilizados
- Figura 48 - Momentos fletores entre as paredes compatibilizados
- Figura 49 - Momentos fletores do fundo e paredes 1 e 2 não compatibilizados........
- Figura 50 - Momentos fletores do fundo e paredes 1 e 2 compatibilizados
- Figura 51 - Momentos fletores não compatibilizados
- Figura 52 - Momentos fletores não compatibilizados
- Figura 53 - Esforços de tração placas 1, 2 e fundo
- Figura 54 - Esforços de tração placas 3, 4 e fundo
- Figura 55 - Representação das forças normais de tração
- Figura 56 - Modelo numérico tridimensional..............................................................
- Figura 57 - Distribuição da malha..............................................................................
- Figura 58 - Condição de contorno engastada
- Figura 59 - Aplicação de cargas na tampa e fundo
- Figura 60 - Aplicação de cargas nas paredes
- Figura 61 - Deformações na tampa
- Figura 62 - Deformações nas paredes
- Figura 63 - Tensões normais referentes ao peso próprio
- Figura 64 - Tensões normais referentes à pressão hidrostática
- Figura 65 - Tensões normais referentes à pressão hidrostática, vista superior
- Figura 66 - Tensões referentes à pressão hidrostática, vista frontal
- Figura 67 - Nós selecionados para obtenção das tensões
- Figura 68 - Diagrama de momentos fletores na tampa – Eixo vertical
- Figura 69 - Diagrama de momentos fletores na tampa – Eixo horizontal
- Figura 70 - Diagrama de momentos fletores nas paredes 1 e 2 – Eixo vertical
- Figura 71 - Diagrama de momentos fletores nas paredes 1 e 2 – Eixo horizontal
- Figura 72 - Diagrama de momentos fletores nas paredes 3 e 4 – Eixo vertical
- Figura 73 - Diagrama de momentos fletores nas paredes 3 e 4 – Eixo horizontal
- Figura 74 - Diagrama de momentos fletores no fundo – Eixo vertical
- Figura 75 - Diagrama de momentos fletores no fundo – Eixo horizontal
- Figura 76 - Diagramas de momento fletor na tampa - Eixo vertical - Mx
- Figura 77 - Diagramas de momento fletor na tampa - Eixo horizontal - My
- Figura 78 - Diagramas de momento fletor nas paredes 1 e 2 – Eixo vertical – Mx
- Figura 79 - Diagramas de momento fletor – parede 1 e 2 – Eixo horizontal My
- Figura 80 - Diagramas de momento fletor – parede 3 e 4 – Eixo vertical - Mx
- Figura 81 - Diagramas de momento fletor – parede 3 e 4 – Eixo horizontal - My...
- Tabela 1 - Classes de agressividade ambiental – CAA LISTA DE TABELAS
- concreto Tabela 2 - Correspondência entre a classe de agressividade e a qualidade do
- Tabela 3 - Correspondência entre classe de agressividade ambiental e
- Tabela 4 - Requisitos para concreto, em condições especiais de exposição
- Tabela 5 - Esforços de tração e valores de β
- Tabela 6 - Taxa mínima de armadura de flexão
- Tabela 7 - Valores mínimos para lajes sem armaduras ativas
- armadura Tabela 8 - Exigências de durabilidade relacionadas à fissuração e à proteção da
- Tabela 9 - Valores de momentos fletores não compatibilizados
- Tabela 10 - Reações de apoio
- Tabela 11 - Momentos fletores
- Tabela 12 - Força normal de tração.........................................................................
- Tabela 13 - Áreas de aço
- Tabela 14 - Momentos fletores
- Tabela 15 - Momentos fletores na tampa - Eixo vertical - Mx
- Tabela 16 - Momentos fletores na tampa - Eixo horizontal - My
- Tabela 17 - Momentos fletores nas paredes 1 e 2 - Eixo vertical - Mx
- Tabela 18 - Momentos fletores nas paredes 1 e 2 - Eixo horizontal - My
- Tabela 19 - Momentos fletores nas paredes 3 e 4- Eixo vertical - Mx
- Tabela 18 - Momentos fletores nas paredes 3 e 4 - Eixo horizontal - My
- 1 INTRODUÇÃO SUMÁRIO
- 1.1 Objetivos
- 1.1.1 Objetivos gerais
- 1.1.2 Objetivos específicos..................................................................................
- 1.2 Justificativa
- 2 REFERENCIAL TEÓRICO
- 2.1 Definições para tipos de reservatórios em concreto armado
- 2.2 Efeitos a considerar em reservatórios paralelepipédicos
- 2.2.1 Cargas atuantes...........................................................................................
- 2.2.3 Variação térmica e retração
- 2.2.4 Vento.............................................................................................................
- 2.3 Diretrizes para durabilidade da estrutura
- 2.3.1 Agressividade no meio
- 2.3.2 Qualidade do concreto de cobrimento
- 2.3.3 Espessura de cobrimento a armadura
- 2.3.4 Condições especiais de exposição
- 2.4 Dimensões para reservatórios retangulares
- 2.4.1 Aberturas na laje
- 2.5 Métodos de cálculo para determinação das solicitações
- 2.5.1 Consideração para cálculo de placas de laje
- 2.5.2 Determinação dos momentos fletores
- 2.5.3 Determinação dos esforços de tração
- 2.5.4 Determinação das reação flexo-tração
- 2.5.5 Reações de apoio
- 2.6 Dimensionamento das armaduras
- 2.6.1 Lajes armadas em uma direção
- 2.6.2 Lajes armadas em duas direções
- 2.6.3 Limites para redistribuição de momentos e condições de dutilidade
- 2.6.4 Comprimento de ancoragem mínimo
- 2.6.5 Taxas de armadura
- 2.6.6 Armaduras de flexão
- 2.6.7 Armaduras de flexo-tração
- 2.6.8 Verificação Força Cortante
- 2.6.9 Verificação da fissuração
- 2.7 Detalhamento típico de armaduras para reservatórios retangulares
- 2.8 Pesquisas
- 3 METODOLOGIA...........................................................................................
- 3.1 Introdução
- 3.2 Definições do protótipo
- 3.3 Composições de cargas
- 3.3.1 Resultante de cargas na tampa
- 3.3.2 Resultante de cargas nas paredes
- 3.3.3 Resultante de cargas no fundo
- 3.4 Métodos Clássicos
- 3.4.1 Determinação das solicitações
- 3.4.2 Compatibilização dos momentos fletores
- 3.4.3 Esforços de tração
- 3.5.4 Dimensionamento de armaduras
- 3.5 Métodos dos Elementos Finitos
- 3.5.1 Pré-processamento
- 3.5.2 Processamento
- 3.5.3 Pós- Processamento
- 4 RESULTADOS
- 4.1 Resultados obtidos pelos Métodos Clássicos
- 4.2 Resultados obtidos pelo Método dos Elementos finitos
- 4.2.1 Diagramas de momentos fletores
- 4.3 Análises e comparações dos resultados
- 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
- REFERÊNCIAIS
- APÊNDICE A - Solicitações na tampa no eixo vertical - ANSYS
- APÊNDICE B - Solicitações na tampa no eixo horizontal – ANSYS
- APÊNDICE C - Solicitações na parede 1 e 2 no eixo vertical- ANSYS
- APÊNDICE D - Solicitações na parede 1 e 2 no eixo horizontal – ANSYS
- APÊNDICE E - Solicitações na parede 3 e 4 no eixo vertical – ANSYS
- APÊNDICE F - Solicitações na parede 3 e 4 no eixo horizontal – ANSYS
- APÊNDICE G - Solicitações no fundo no eixo vertical – ANSYS......................
- APÊNDICE H - Solicitações no fundo no eixo horizontal – ANSYS
- ANEXO A - Momentos fletores em lajes com carga uniforme
- ANEXO B - Momentos fletores em lajes com carga uniforme
- ANEXO C - Momentos fletores em lajes com carga triangular..........................
- ANEXO D - Reação de apoio em lajes com carga uniforme
- ANEXO E - Reação de apoio em lajes com carga uniforme
- ANEXO F - Flexão simples em seção retangular
- ANEXO G - Área de armadura
1.1 Objetivos
1.1.1 Objetivos gerais
O presente trabalho tem como objetivo geral o estudo e análise de diferentes critérios de dimensionamento para reservatórios em concreto armado, embasado em normativas vigentes e bibliografias relacionadas ao assunto.
1.1.2 Objetivos específicos
O presente trabalho tem com objetivos específicos: Realizar um estudo bibliográfico referente a reservatórios em concreto armado, revisar modelos de cálculo e diferentes metodologias utilizadas para o dimensionamento estrutural de reservatórios retangulares; Aplicar os métodos estudados para um protótipo de reservatório; Por intermédio de modelos de cálculos e modelagem em software de Elementos Finitos obter valores de solicitações que atuam na estrutura; Comparar momentos fletores na tampa e nas paredes resultantes do Método Clássico e Método dos Elementos Finitos, desta forma obter análises e conclusões para os diferentes métodos empregados.
1.2 Justificativa
Para a concepção de um projeto de reservatório em concreto armado deve haver um especial cuidado, com uma rigorosa análise em cada fase que envolve o projeto, desde sua elaboração até o detalhamento das armaduras, seguindo critérios mínimos estabelecidos pelas normativas vigentes, para que, possível garantir a durabilidade e estanqueidade dessa forma seja necessárias para este tipo de estrutura. Pelo fato de estar em contato com líquidos, pode ocorrer o surgimento de patologias decorrente da ação de agentes agressivos, podendo comprometer a estrutura e a qualidade do líquido armazenado, (KUEHN, 2002). Desta maneira a pesquisa visa analisar diferentes métodos para o dimensionamento de reservatórios em concreto armado.
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 Definições para tipos de reservatórios em concreto armado
São denominados reservatórios, no ponto de vista estrutural, estruturas que tenham a função de realizar o armazenamento de líquidos. Por serem executados em concreto armado, material que é facilmente moldado, os reservatórios podem assumir variados tamanhos e formas, as mais usuais são seções em planta retangular, quadrada e circular. O espaço disponível para alojar o volume necessário é um dos fatores preponderantes para a escolha da forma, além do custo e razões arquitetônicas. Podem ser definidos quanto à posição em relação ao solo, divididos em dois grupos, reservatórios térreos, conforme Figura 1, composto de reservatórios enterrados, semienterrados e apoiados. Os elevados compõem o segundo grupo, esses necessitam de uma estrutura para sua sustentação da usa base, exemplificados na figura 2. Em relação ao tamanho, reservatórios térreos com capacidade até 500 m³ são classificados como pequenos, os medianos com volume entre 500 m³ e 5000 m³ e grandes com capacidade de armazenar mais de 5000 m³. Para reservatórios elevados são considerados pequenos quando tem capacidade menor que 50 m³, médios com capacidade entre 50 m³ e 500 m³ e grandes quando podem armazenar mais de 500 m³.
Figura 1 - Posição dos reservatórios em relação ao solo
Fonte: Autora.
Reservatórios enterrados são geralmente posicionados em regiões onde a cota de nível é mais alta para que possa funcionar por meio da gravidade. Podem ser construídos em regiões mais baixas quando a finalidade é reservar, para levar a
Logo na Figura 2.a, observa-se, que é utilizada como transmissor de esforços uma estrutura portante, composta por pilares e vigas de contraventamento. Na falta de área disponível ou por critério arquitetônico pode ser dividida em mais células, com finalidade de permitir a limpeza e manutenção sem que haja a interrupção do abastecimento de água, como na Figura 3. Considera-se também a complexidade quanto o número de células, onde são classificados como unicelular ou multicelular, ou seja, formado por um único ou por múltiplos reservatórios respectivamente, estes podendo ser superpostos. As divisões internas são em sentido vertical, conforme Figura 3.a, ou horizontal mostrado na Figura 3.b que também demonstra um exemplo de reservatório superposto. A forma de fechamento é determinada pelo uso e tipo de armazenamento, podendo ser fechados, como exemplo as caixas da água, ou abertos, como é o exemplo das piscinas. Figura 3 - Tipos de reservatórios múltiplos
a) reservatório com divisão interna vertical b) reservatório com divisão interna horizontal Fonte: Autora.
2.2 Efeitos a considerar em reservatórios paralelepipédicos
2.2.1 Cargas atuantes
2.2.1.1 Peso próprio
Conforme NBR 6120 (1980), o peso próprio e o peso de todos os elementos construtivos da estrutura justos constituem as cargas permanentes. Considera-se para fins de cálculo do peso próprio o peso específico aparente para estrutura em concreto armado de 25 kN/m³, onde esse valor é multiplicado pela espessura das partes que o compõem a estrutura, laje de cobertura, paredes e lajes de fundo,
representados por “e” na Figura 4, resultando na força aplicada por metro quadrado. O autor Araújo (2014c) sugere que para o revestimento seja considerado o valor de 1,0 kN/m² relativo ao peso específico.
Figura 4 – Espessuras dos elementos estruturais
a) reservatório em planta b) corte A-A Fonte: Adaptado de Araújo (2014).
Juntamente analisam-se as cargas acidentais relacionadas à laje de cobertura, acrescenta-se o valor das cargas 0,5 kN/m² quando não for destinado a depósito e não houver acesso ao público e 3,0kN/m² quando há acesso ao público, este último caso se aplica quando o reservatório é enterrado e sua tampa fica no nível do solo, ficando exposto a ações de diferentes cargas. Logo podem ser observadas na Figura 5, cargas perpendiculares ao plano e uniformemente distribuídas, na laje de cobertura a carga é resultante da soma do peso próprio da cobertura e das cargas acidentais, já na laje de fundo resulta da soma do peso próprio do fundo e do peso da coluna da água.
2.2.1.2 Pressão hidrostática do líquido armazenado
A pressão hidrostática atua sobre as paredes do reservatório, as cargas atuantes assumem o mesmo aspecto das produzidas pelo solo, em formato triangular, podendo ser observado na Figura 5. Sua ação é calculada pelo produto
da altura do líquido armazenado pelo peso volumétrico, w, onde se sugere o valor
aproximado de 10 kN/m³, considerando que o líquido armazenado é água.