9 desafios no dimensionamento de Edifícios altos
Embora cada estrutura tem suas particularidades, muitos fatores determinam o dimensionamento de um edifício pode-se estabelecer a seguinte relação entre as cargas e critérios que determinam o dimensionamento e a altura:
Geralmente os deslocamentos e movimentos relativos determinam o dimensionamento: 1- Cargas laterais: efeito do vento e sismo
Em edifícios altos as cargas laterais de vento e/ou sismo são predominantes no dimensionamento.
Carga de Vento
A natureza flutuante da carga de vento produz nas estruturas uma resposta dinâmica que depende de vários fatores. Trata-se de uma carga variável no tempo com uma componente na direção em que atua o vento e outra na direção transversal, esta última pode causar vibrações importantes na estrutura e a maioria dos códigos não trata seu cálculo satisfatoriamente, reduzindo este a considerar uma fração da componente longitudinal.
Carga de Sismo
Embora no Brasil estas cargas não sejam muito importantes, todas as estruturas devem ser projetadas para resistir os efeitos destas cargas. A norma NBR 15421 de 2006 estabelece o procedimento para a avaliação da carga de sismo. Os edifícios altos comumente apresentam um comportamento dinâmico espacial complexo onde a influência dos modos superiores não pode ser geralmente desprezada.
O cálculo tradicional baseado em considerar somente o primeiro modo de vibração pode levar a erros graves na hora de estimar as forças horizontais, pois, em edifícios muito altos, os modos superiores de translação e torção podem ser tão importantes como o modo fundamental, podendo acrescentar significativamente a resistência à flexão e cortante que demanda a estrutura na base.
2- Sistema estrutural: segurança contra falha progressiva A escolha do sistema estrutural tem um papel muito importante, sistemas com igual rigidez e capacidade resistente podem ter comportamentos muito diferentes ante a falha localizada de um ou vários de seus elementos estruturais.
Se a estrutura sobrevive a um colapso, serão produzidos grandes efeitos de torção produto do câmbio de posição do centro de rigidez. Sistemas estruturais com capacidade de redistribuir seus esforços e transferir as cargas a outros elementos em caso de falha localizada são preferíveis. 3- Conforto
Este é um dos pontos mais importantes no dimensionamento de edifícios altos. Sua resistência é uma condição fundamental, mas, não é a finalidade única, nem sequer é a finalidade primária.
o projeto geralmente é condicionado por critérios de conforto dos ocupantes. Para satisfazer estes critérios, na maioria dos códigos são impostos limites à aceleração à amplitude dos movimentos laterais.
Devem evitar-se duas situações
-Alarme causado por grandes movimentos sob ventos fortes ocasionais
-Mal-estar causado por movimentos perceptíveis de forma regular sendo este o efeito mais importante
As soluções destes problemas incluem enrijecimento do edifício ante a carga lateral, aumento da massa ou uso de amortecimento suplementar.
4- Controle dos deslocamentos laterais totais e relativos
Para controlar os deslocamentos laterais alguns limites de deflexão são de H/400 eH/600. Alguns códigos adotam valores limites para os deslocamentos laterais totais no topo de H/800 e H/1000. A NBR 6118 de 2014 estabelece como limites para o movimento lateral provocado pela ação do vento H/1700 e Hi/850 entre pavimentos.
Algumas razões para adotar os limites são:
-Limitar o dano ao revestimento na fachada, tabiques e acabados interiores do edifício -Reduzir os efeitos da perceptibilidade de movimento
-Limitar o efeito P-Delta
Os deslocamentos relativos entre pavimentos têm duas componentes:
- Deslocamento do corpo rígido devido à rotação do edifício como um todo. Sem danos importantes para o edifício
- Deformação de cisalhamento. A deformação angular no plano cria danos nas paredes e o revestimento 5 - Encurtamento diferencial vertical
Em edifícios altos é muito comum utilizar núcleos de rigidez em caixas de escadas e elevadores. A rigidez axial destes núcleos é maior que as dos pilares tradicionais, isto conjuntamente com o efeito de fluxo plástico do concreto produzido pelas cargas verticais elevadas, causa o encurtamento diferencial dos elementos verticais e requer uma consideração especial.
6 - Consideração da sequência de construção
É importante considerar a sequência de construção e os efeitos do tempo na análise para capturar efeitos de:
- Encurtamento por compressão
- Fluência e retração
- Bloqueio de tensões em vigas de transferência, sistemas ou trigger, ou elementos de rigidez.
Este efeito torna-se mais complexo e mais notável em estruturas não simétricas, com vigas de transição onde o encurtamento axial pode fazer com que os pavimentos apresentem torção ou se inclinem sob o seu próprio peso. 8 - Efeito p-delta Se trata de avaliar a estabilidade global que é um dos mais importantes fatores para a concepção estrutural de um edifício, ela visa garantir a segurança da estrutura ante a perda de sua capacidade resistente causada pelo aumento das deformações em decorrência das ações.
A ação combinada das cargas verticais e os deslocamentos laterais causam um incremento nas forças internas, este é um efeito de segunda ordem geométrico. 9 - Otimização estrutural em edifícios altos
A eficiência e economia não estão definidas nos códigos. Muitas vezes é necessário escrever programas e códigos personalizados para interatuar diretamente com pacotes de análises de estruturas comerciais, para então estabelecer, de forma rápida e eficiente, as dimensões e reforço ótimos dos elementos.
Cada estrutura tem suas particularidades e em cada uma, há algum fator dos analisados aqui ou outro pode ser mais importante que outro, mas o engenheiro estrutural deverá avaliar cuidadosamente cada um deles para conseguir projetar e construir uma obra funcional, econômica e segura.
