Elisabeth Junges MODELO DE ELEMENTOS FINITOS PARA ANÁLISE NÃO LINEAR FÍSICA E ...

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Elisabeth Junges

MODELO DE ELEMENTOS FINITOS PARA ANÁLISE NÃO
LINEAR FÍSICA E GEOMÉTRICA DE PÓRTICOS
TRIDIMENSIONAIS DE EDIFÍCIOS DE CONCRETO ARMADO

Tese submetida ao Programa de Pós-
Graduação em Engenharia Civil da
Universidade Federal de Santa
Catarina, como parte dos requisitos
para a obtenção do Grau de Doutor em
Engenharia Civil.
Orientadora: Profª. Henriette Lebre La
Rovere, PhD
Coorientador: Prof. Dr. Daniel
Domingues Loriggio

Florianópolis
2016

Elisabeth Junges

MODELO DE ELEMENTOS FINITOS PARA ANÁLISE NÃO
LINEAR FÍSICA E GEOMÉTRICA DE PÓRTICOS
TRIDIMENSIONAIS DE EDIFÍCIOS DE CONCRETO ARMADO

Esta Tese foi julgada adequada para obtenção do Título de Doutor
em Engenharia Civil, e aprovada em sua forma final pelo Programa de
Pós-Graduação em Engenharia Civil.
Florianópolis, 23 de setembro de 2016.

_________________________________________________________
Prof. Glicério Trichês, Dr. – Coordenador do PPGEC

_________________________________________________________
Profª. Henriette Lebre La Rovere, PhD - Orientadora, ECV/UFSC

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Prof. Dr. Daniel Domingues Loriggio, PhD - Coorientador, ECV/UFSC

Banca examinadora:

_________________________________________________________
Prof. Dr. Américo Campos Filho, Dr. – UFRGS (Videoconferência)

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Prof. Túlio Nogueira Bittencourt, PhD – EP-USP (Videoconferência)

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Prof. Roberto Caldas de Andrade Pinto, PhD – ECV/UFSC

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Prof. Eduardo Alberto Fancello, Dr. – POSMEC/UFSC

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Prof. Wellison José de Santana Gomes, Dr. – ECV/UFSC

Este trabalho é dedicado aos meus
queridos pais, José Abilio e Lourdes,
meus apoiadores incondicionais.

AGRADECIMENTOS

A toda minha família, em especial aos meus pais José Abílio e
Lourdes, que sempre me apoiaram e sempre foram a base de todas as
minhas conquistas.
Agradecimento especial à professora Henriette pela excelente
orientação, amizade e conhecimento compartilhado desde o início de meu
mestrado, que sempre será para mim um exemplo de professora,
profissional e pessoa na qual me inspiro.
Ao professor Daniel Loriggio pelas conversas e contribuições à
este trabalho, além das disciplinas cursadas que contribuíram para minha
formação como pesquisadora. Também aos demais professores do
PPGEC que fizeram parte de minha formação.
Aos membros da banca de avaliação desta tese: professor Américo
Campos Filho, pela ótimas contribuições desde a qualificação; ao
professor Túlio N. Bittencourt, que também trouxe importantes
comentários; assim como aos demais professores Roberto Pinto, Eduardo
Fancello e Wellison Gomes.
A todos meus amigos e colegas do GRUPEX, que durante o
período de doutorado me apoiaram e incentivaram, compartilharam
comigo bons e também estressantes momentos. Um especial
agradecimento as minhas amigas presentes desde o começo do doutorado,
Mariana Caldeira e Flávia Gelatti, e também ao meu primo/amigo/colega
Paulo Junges.
À Renata Stramandinoli, pela ótima tese desenvolvida na qual se
baseou este trabalho e informações compartilhadas. Ao Igor Pierin que
muito ajudou na resolução de problemas de implementação
computacional.
À AltoQi, por fornecer o programa Eberick utilizado para o
dimensionamento dos edifícios estudados.
À CAPES e CNPq pelas bolsas de estudos concedidas, e pela
oportunidade de realizar o Doutorado Sanduíche.
A todos da Universidade Politécnica de Catalunia, em especial ao
professor Antônio Marí, que me receberam para a realização do
Doutorado Sanduíche e contribuíram para a realização deste trabalho e
em minha formação como pesquisadora.
E por último a Deus por ter me proporcionado mais esta conquista.

RESUMO

Este trabalho teve como objetivo central o desenvolvimento e a
implementação computacional de um modelo refinado para análise de
pórticos espaciais e pórticos de edifícios de concreto armado que
considere as não linearidades física e geométrica. O modelo desenvolvido
é implementado em um programa denominado ANEST/CA, que ficará
sendo uma ferramenta útil para aplicação em estudos mais aprofundados
sobre o comportamento estrutural de edifícios de CA. O modelo 3D
utiliza o método de elementos finitos (MEF) para discretização da
estrutura por meio de elementos finitos de barra de 3 nós. A deformação
por cisalhamento é desprezada e considera-se a não linearidade física ao
longo do elemento e da seção, a qual é dividida em filamentos, admitindo-
se que cada filamento está sob um estado uniaxial de tensões. Utilizam-
se leis constitutivas não lineares baseadas na relação tensão-deformação
para os filamentos de concreto, incluindo-se um modelo refinado de
tension-stiffening, e também para os filamentos de armaduras de aço.
Inclui-se também um modelo constitutivo para considerar o efeito do
confinamento no concreto propiciado pelos estribos nos pilares. A torção
é considerada desacoplada dos demais esforços, adotando-se um modelo
constitutivo trilinear para representação da rigidez à torção do elemento.
A não linearidade geométrica segue a Formulação Lagrangeana Total.
Pode-se considerar na modelagem a restrição de diafragma rígido para
representação do efeito da rigidez dos planos de lajes no comportamento
estrutural dos pórticos de edifícios. Após a implementação computacional
do modelo, foram realizados estudos de validação do programa
ANEST/CA em comparação com modelos experimentais de vigas e
pórticos planos e com modelos de outros programas e autores. Estudos
iniciais para avaliar a influência dos diversos aspectos incorporados no
modelo 3D no comportamento estrutural de pórticos de edifícios foram
realizados por meio da análise de três exemplos de pórticos espaciais de
edifícios de concreto armado. Os aspectos investigados foram: os efeitos
de não linearidade física e geométrica; a consideração de diafragma rígido
na modelagem dos pavimentos; o efeito da contribuição da laje na rigidez
à flexão das vigas; e o efeito de confinamento do concreto propiciado
pelos estribos nos pilares. Realizou-se também um estudo inicial de
comparação do modelo proposto com um método simplificado, o qual
considera de forma simplificada tanto a não linearidade geométrica, por
meio da utilização apenas da matriz K , como a física, por meio de
G
coeficientes redutores de rigidez à flexão dos elementos, conforme
recomendado pela NBR 6118 para análise global de estruturas no Estado
Limite Último. A partir das análises de todos exemplos, são feitas
algumas observações sobre o comportamento estrutural de pórticos de
edifícios de concreto armado e também sobre o método simplificado de
análise não linear utilizado em normas de projeto.

Palavras-chave: Análise não linear. Pórtico espacial. Concreto armado.