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Dimensionamento de reservatorios elevados passo a passo
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
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Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel, do curso de Engenharia Civil, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
Orientador: Prof. Dr. Rodnny Jesus Mendoza Fakhye.
Agradeço inicialmente à Deus, por ser morada nos momentos difíceis, por guiar e iluminar o meu caminho. Aos meus pais, Jorge e Mari, aos meus irmãos Eduardo e Fernanda, e ao meu namorado, Guilherme, pela compreensão da ausência e do estresse diário, pela paciência, força, suporte, incentivo e por acreditarem em mim. Ao Dr. Rodnny Jesus Mendoza Fakhye, por aceitar me orientar neste trabalho de conclusão de curso, pelos ensinamentos, paciência e amizade. Ao Ms. Calil Abumanssur por auxiliar em algumas etapas do trabalho. Ao Engº Civil Matheus Casagrande Rizzi, por permitir e disponibilizar a utilização dos dados do Edifício Capanema, localizado no município de Capanema/PR. Aos meus amigos de Cascavel, Toledo e Capanema, pela compreensão nos momentos em que estive ausente, pela amizade e por toda ajuda.
...ame mais, abrace mais, pois não sabemos quanto tempo temos para respirar. Fale mais, ouça mais, vale a pena lembrar que a vida é curta demais... (Thiago Brado)
The storage of water in the buildings is done in order that the resident populations can be supplied uninterruptedly, not being affected by the lack of water, due to the network maintenance and by the pressure differences that water reaches each edification water points. The reinforced concrete’s reservoirs have the purpose of storage that, commonly, water is the main liquid stored by this structural element. In this present work was done an elevated reservoir dimensioning in reinforced concrete of Edifício Capanema, located in the city of Capanema / PR, considering all applicable currently norms and regulations. For this purpose the reservoir analysis was performed considering at the beginning the bottom slab, roof slab and walls as slabs, methodology that determinates flat bending reinforcement steel. Subsequently, the walls reinforcements’ steel was calculated by the beam connecting rods methodology. Through the superposition between the armature calculated by the plates’ method and the beams method, the detailing of the reinforcements for each one of the slabs and the walls was done. In addition, checks were carried out on the arrow and when cracking, in order to verify the guarantee of the leakage, of the durability of the safety of the structure.
Keywords : Elevated reservoir. Reinforced concrete. Parallelepipedic.
(𝐸𝐼)𝑒𝑞,𝑡0 momento de inércia calculado pela posição da linha neutra no estádio II 𝛾𝑥^1 coeficiente para correção do momento positivo no eixo x 𝛾𝑥^2 coeficiente para correção do momento positivo no eixo x 𝛾𝑦^1 coeficiente para correção do momento positivo no eixo y 𝛾𝑦^2 coeficiente para correção do momento positivo no eixo y ∅𝑖 diâmetro da barra 𝐴𝑐𝑟 área de envolvimento das armaduras 𝐴𝑓 flecha diferida no tempo ou por fluência 𝐴𝑖 flecha imediata 𝐴𝑠,𝑐𝑎𝑙 área de aço calculada (cm²/m); 𝐴𝑠,𝑐𝑎𝑙𝑐 área de aço calculada 𝐴𝑠,𝑑𝑖𝑠𝑡 armadura de distribuição 𝐴𝑠,𝑒𝑓𝑒𝑡 área da armadura adotada 𝐴𝑠,𝑙𝑜𝑛𝑔 área de aço longitudinal 𝐴𝑠,𝑚𝑖𝑛 área de aço mínima 𝐴𝑠,𝑝𝑒𝑙𝑒 armadura de pele 𝐴𝑠,𝑠𝑢𝑠𝑝 área da armadura de suspensão para ambas as faces 𝐴𝑡 flecha total 𝐸𝑐𝑖 módulo de elasticidade 𝐸𝑠𝑖 módulo de elasticidade do aço 𝐹𝑑,𝑠𝑒𝑟 valor de cálculo das ações para combinação de serviço 𝐹𝑔𝑖𝑘 ações permanentes diretas 𝐹𝑞1𝑘 ações variáveis principais diretas 𝐹𝑞𝑗𝑘 demais ações variáveis 𝐼𝑐 inércia da seção bruta do concreto 𝑀𝑎 momento fletor máximo 𝑀𝑑,𝑠𝑒𝑟 momento de serviço para combinação frequente 𝑀𝑑 momento fletor de cálculo 𝑀𝑟 momento de fissuração 𝑃𝑑 máxima carga de cálculo aplicada na laje de fundo 𝑅𝑑 máxima reação de cálculo 𝑅𝑠𝑡 força resultante aplicada no centro da armadura principal 𝑌𝑇 distância do centro de gravidade até a fibra mais tracionada 𝑐 2 dimensão no apoio 𝑑′^ distância do centro da armadura tracionada até a face inferior da viga parede 𝑓𝑏𝑑 resistência de aderência 𝑓𝑐𝑑 resistência de cálculo à compressão do concreto 𝑓𝑐𝑑𝑟 resistência à compressão do concreto reduzida 𝑓𝑐𝑘 resistência característica à compressão do concreto 𝑓𝑐𝑡 resistência à tração direta do concreto 𝑓𝑐𝑡𝑚 resistência à tração direta do concreto 𝑓𝑦𝑑 tensão de cálculo de escoamento do aço 𝑓𝑦𝑑 tensão de escoamento de cálculo do aço 𝑙 0 vão livre entre apoios
𝑙𝐼𝐼 momento de inércia no estádio II 𝑙𝑐 distância entre os centros dos apoios 𝑙𝑚𝑖𝑛 comprimento de ancoragem mínimo 𝑙𝑛𝑒𝑐 comprimento necessário de ancoragem 𝑤 1 , 𝑤 2 abertura de fissuras 𝛼𝐸 coeficiente relacionado ao tipo de agregado. 𝛼𝐸 razão entre o módulo de elasticidade do aço e concreto 𝛼𝑓 fator para cálculo da flecha diferida no tempo 𝛼𝑖 coeficiente para determinação do módulo de elasticidade 𝛾𝑐 Coeficientes de ponderação da resistência no estado-limite último do concreto 𝜂 1 coeficiente de conformação superficial das barras da armadura 𝜂 1 , 𝜂 2 e 𝜂 3 coeficientes de aderência 𝜌𝑚í𝑛 taxa mínima da armadura de flexão 𝜌𝑟𝑖 taxa geométrica de armadura 𝜎2𝑑 tensão na biela inclinada 𝜎𝑐𝑑 tensão resistente de cálculo 𝜎𝑑,𝑒 tensão no apoio externo 𝜎𝑠𝑖 tensão de tração no estádio II 𝜔 1 fator de redução de combinação frequente 𝜔 2 fator de redução para combinação quase permanente ∅ ângulo de inclinação da biela ∆𝐶 acréscimo de comprimento devido ao raio de dobramento ∆𝑀𝑥 incremento do momento positivo no eixo x ∆𝑀𝑦 incremento do momento positivo no eixo y ∆𝑥 variação do momento negativo isolado e compatibilizado no eixo x ∆𝑦 variação do momento negativo isolado e compatibilizado no eixo y ℎ altura ℎ altura da laje 𝐸 módulo de elasticidade secante do concreto 𝐺 gancho 𝐿 comprimento total do estribo 𝑀 momento fletor 𝑀1 momento negativo determinado na laje isolada 𝑀2 momento negativo após a compatibilização 𝑀𝑎 maior entre os dois momentos negativos 𝑀𝑏 menor entre os dois momentos negativos 𝑀𝑥 momento positivo corrigido em x 𝑀𝑦 momento positivo corrigido em y 𝑃 carga atuante submetida à combinação quase permanente de serviço 𝑃 carga atuante uniforme 𝑃 carga atuante uniforme, ou carga máxima triangular 𝑅 raio de dobramento da armadura 𝑅 reação de apoio 𝑎 altura do estribo 𝑏 largura da viga parede 𝑏 largura de 100 cm 𝑏 largura do estribo 𝑐 largura do apoio
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geralmente, apresentam-se assente sobre os pilares constituintes da caixa de escada da edificação. Com o objetivo de realizar o cálculo estrutural de reservatórios com todas as verificações pertinentes de acordo com as normas em vigor, dentre as quais a NBR 6118 (ABNT, 2014), a qual sofreu alterações de significativa importância, neste trabalho será realizado o dimensionamento de um reservatório paralelepipédico em concreto armado, tomando como exemplo o Edifício Capanema, localizado na cidade de Capanema – PR.
1.2 Objetivo
1.2.1 Objetivo Geral
O objetivo geral do trabalho é o dimensionamento estrutural do reservatório paralelepipedal elevado do Edifício Capanema localizado na cidade de Capanema/PR, de acordo com as normas, requisitos e exigências legais vigentes. O projeto final será composto pelo projeto em concreto armado juntamente com a realização de todas as verificações pertinentes.
1.2.2 Objetivo Específico
Os objetivos específicos do trabalho em questão compreendem: Determinação da área de aço para cada elemento do reservatório; Realizar as verificações correspondentes de acordo com as normas vigentes.
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2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Concreto Armado
O concreto simples constitui um material de construção civil formado por uma combinação de aglomerante, agregados e água. Por si só, o concreto simples não apresenta muitos ramos de aplicação na engenharia pelo fato da sua resistência à tração ser extremamente baixa em relação à sua resistência a compressão, sendo aquela aproximadamente um décimo dessa. Assim sendo, o concreto simples deve ser combinado a materiais que apresentam elevada resistência à tração, para que juntos resistam aos esforços aos quais os mesmos serão submetidos. Os esforços internos de uma estrutura, assim como os oriundos de agentes atmosféricos, podem acarretar na ocorrência de fissuras pelo fato de absorverem uma significativa parcela da pequena resistência à tração apresentada pelo concreto. Devido a isso, a responsabilidade de absorver todos os esforços de tração deve ficar sob responsabilidade da armadura, enquanto a parcela de resistência à tração do concreto deve ser desprezada (FUSCO, 1975). As armaduras associadas ao concreto são, normalmente, as barras de aço. Isso se deve pelo fato de estas constituírem um material que apresenta elevada resistência a tração. No entanto, elas também são responsáveis pela ductilidade da peça de concreto armado, em que ductilidade consiste na ocorrência de plasticidade da peça anteriormente a mesma atingir a ruptura. As barras de aço devem ser dispostas na massa de concreto e posicionadas de maneira a resistir aos esforços de tração e, além disso, situar-se á certa distância da face externa, garantindo o cobrimento exigido pelas normas vigentes de forma a evitar a corrosão do aço (FUSCO, 1975; PINHEIRO, 2007a). O concreto armado apresenta inúmeras características vantajosas que fazem com que ele seja o material mais comumente empregado na construção civil. Um dos principais fatores responsáveis por essas características é a “firme ligação por aderência entre o concreto e as barras da armadura” (LEONHARDT; MÖNNIG, 1977. p. 45). Caso não existisse a aderência entre as barras de aço e o concreto, o aço deslizaria sobre o concreto e não conseguiria resistir aos esforços de tração. A
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2.2 Reservatórios
2.2.1 Definição
Reservatórios são definidos por Guerrin e Lavaur (2002) como sendo “um recipiente contendo um líquido”. Entre os líquidos que podem ser armazenados em reservatórios pode-se citar o vinho, a cerveja, os hidrocarbonetos, o betume, o leite, dentre outros. Dessa maneira, os reservatórios não se restringem apenas ao armazenamento de água, por mais que ela consista em um dos principais líquidos para os quais os reservatórios são utilizados (GUERRIN; LAVAUR, 2002). Os reservatórios são constituídos por três elementos, no entanto, não necessariamente um reservatório apresentará todos eles, uma vez que isso dependerá da classificação dos mesmos. A seguir são apresentados tais elementos. Cuba: É o elemento estrutural responsável pelo armazenamento do líquido; Torre: Elemento encarregado pela transmissão das cargas, oriundas da cuba, até a fundação da edificação. Podem ser em forma de fuste ou de pilar. Fundação: Elemento estrutural responsável pela transferência das cargas da estrutura ao solo, garantindo o seu equilíbrio (COSTA, 1997).
Na Figura 1, podem ser vistos os elementos do reservatório, com exceção da fundação.
Figura 1 - Representação da cuba e da torre de um reservatório elevado. Fonte: GUERRIN, A; LAVAUR, R. C, 2002.
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2.2.2 Classificação
Vários são os aspectos utilizados para classificar os reservatórios, cada autor traz em sua bibliografia diferentes tópicos de classificação. A seguir serão expostas algumas dessas classificações, as quais se destacaram durante a revisão da literatura.
2.2.2.1 Classificação conforme a posição e volume
Segundo Hanai (1981), a classificação dos reservatórios pode ser feita conforme o seu volume e a sua posição em relação ao nível do solo.
A Figura 2, representa graficamente as classificações citadas acima.
