Made available in DSpace on 2016-06-02T20:09:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissMAFS.pdf: 3260436 bytes, checksum: 90219abc927cfb10932082ff2066487a (MD5) Previous issue date: 2005-10-21 / The demand for simple and efficient solutions is increasing in civil construction, wherein the reduction of costs and the increase of speed and versatility within the applications are required. Due to its advantages, reinforced concrete ribbed slabs have been consolidated as an excellent alternative to compose buildings floors. The present research deals with this type of slab, disseminating its constructive characteristics, variations, structural behavior and the main recommendations proposed by different authors and addressing to all potential users (designers, constructors, contractors); recommendations, calculation methods to determine the internal forces and displacements, design and construction procedures according to the Brazilian code of practice NBR 6118:2003 are presented. Additionally, illustrative examples with the calculation, the detailing and the verifications of the serviceability limit state (crack width and extreme deformation) are presented. Finally, the results obtained from the examples simulating ribbed slabs in two directions are compared with the results obtained from the consideration of a massive slab. / A procura de soluções que sejam simples e ao mesmo tempo eficazes, tragam redução de custos, rapidez e versatilidade nas aplicações é crescente na construção civil. Em virtude de apresentarem uma série de vantagens, as lajes nervuradas de concreto armado têm se firmado como excelente solução para a construção de pavimentos de edificações. Neste trabalho aborda-se este tipo de lajes, divulgando suas características, opções construtivas, funcionamento e comportamento estrutural e as principais recomendações propostas por autores a todos os potenciais usuários (projetistas, construtores, proprietários); apresentam-se as ecomendações da NBR 6118:2003 que entrou em vigor recentemente, os processos de cálculo usualmente empregados para a determinação dos esforços solicitantes e deslocamentos transversais, roteiros com indicações gerais sobre o projeto e construção, e exemplos ilustrativos com o cálculo, o detalhamento e as verificações do estado limite de serviço (fissuração e deformação excessiva). Comparam-se os resultados obtidos simulando as lajes nervuradas armadas em duas direções como grelha com os obtidos admitindo-as como laje maciça.

This study has as objective to analyze, comparativily, the costs between the conventional structural systems and the rib slabs structural systems in reinforced concrete. Part of the estimated one that had to the great number of structural systems found in the market of the civil construction the professionals they need to opt to one determined type. But many times the adopted choice is not adjusted to the enterprise because each workmanship has characteristics particular architectural, making it difficult the use of a model standard. The work initially brings basic concepts on the subject and a revision bibliographic approaching the criterion of projects, the characteristics and the particularitities of the adopted systems. After that, one becomes the launching and analysis of the structure for the chosen structural systems, getting the quantitative ones of materials, which they see to form the indices defined for comparison. The total costs of the workmanship gotten by means of compositions of prices had been compared arriving itself it a global value for each adopted kind. For that, a building of offices is adopted as object of analysis of this work. And finally makes a comparative analysis on the basis of the unitary costs of each alternative leading in consideration the materials, necessary hand of workmanship and equipment. / Este estudo tem como objetivo analisar, comparativamente, os custos entre os sistemas estruturais convencionais e os sistemas estruturais de lajes nervuradas em concreto armado. Parte do pressuposto que devido ao grande número de sistemas estruturais encontrados no mercado da construção civil os profissionais precisam optar por um determinado tipo. Só que muitas vezes a escolha adotada não é a mais adequada ao empreendimento. Isso porque, cada obra tem características arquitetônicas particulares, dificultando a utilização de um modelo padrão. O trabalho inicialmente traz conceitos básicos sobre o tema e uma revisão bibliografia abordando os critérios de projetos, as características e as particularidades dos sistemas adotados. Em seguida, faz-se o lançamento e análise da estrutura para os sistemas estruturais escolhidos, obtendo-se os quantitativos de materiais, os quais vêem a formar os índices definidos para comparação. Foram comparados os custos totais da obra obtidos por meio de composições de preços chegando-se a um valor global para cada tipologia adotada. Para isso, adota-se um edifício de escritórios como objeto de análise desse trabalho. E por último faz uma análise comparativa com base nos custos unitários de cada alternativa levando em consideração os materiais, mão de obra e equipamentos necessários.

The analysis of waffles slabs has been theme of several researches, seen the difficulty of determination of strength and displacements that this structural system presents, as well as, the discrepancies that the calculation model suggested by NBR 6118:2003 have been demonstrated. The use of exact methods in the calculation of waffles slabs becomes unsuitable for the fact that the geometries of some in the structures of constructions is of extreme complexity. This way, the Finite Element Method has shown a tool for analysis of structures with potential to solve problems with high complexity. Therefore, in this work it is proposed models for design using the Finite Element Method, through the three-dimensional modeling of structures of waffles slabs and ribbing flat slabs. The involved parameters are verified in the calculation of this structure type like, the modulus of elasticity, and the methods for determination of the equivalent section, witch simplify the ribbing section, with the objective of using these parameters in the calculation through the Finite Element Method by finite elements of plane. After the analysis, have been compared the results of the proposed model and each parameter is compared with experimental results in the bibliography. / A análise de lajes nervuradas tem sido tema de várias pesquisas, visto a dificuldade de determinação de solicitações e deslocamentos que este sistema estrutural apresenta, assim como, as discrepâncias que o modelo de cálculo sugerido pela NBR 6118:2003 tem demonstrado. A utilização de métodos exatos no cálculo de lajes nervuradas torna-se inviável pelo fato das geometrias geradas nas estruturas de edificações serem de extrema complexidade. Desta forma, o Método dos Elementos Finitos tem se mostrado uma ferramenta para análise de estruturas com enorme potencial para resolver problemas elevada complexidade. Portanto, neste trabalho são propostos modelos de cálculo utilizando o Método dos Elementos Finitos, por meio da modelagem tridimensional de estruturas de lajes nervuradas e cogumelo nervuradas. São verificados ainda, parâmetros envolvidos no cálculo deste tipo de estrutura, como o módulo de deformação longitudinal, e métodos para a determinação de uma seção equivalente para simplificar a seção nervurada, com objetivo de utilizar tal parâmetro no cálculo de estrutura via Método dos Elementos Finitos, através de elementos finitos planos. Após as análises são comparados os resultados do modelo proposto, e cada parâmetro verificado, com resultados experimentais disponíveis na bibliografia, chegando-se assim, às conclusões deste estudo.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Diversos pesquisadores têm estudado o comportamento e o emprego de lajes nervuradas de concreto armado em sistemas estruturais na engenharia civil que demonstrem viabilidade sob o ponto de vista técnico e econômico. Por esta razão, inúmeros trabalhos têm sido publicados nos últimos anos respaldados por testes experimentais e análises numéricas. Neste contexto, diversos tipos de sistemas estruturais de lajes nervuradas têm sido desenvolvidos. Assim sendo, o objetivo desta investigação é o de contribuir, no que tange ao estudo do comportamento estrutural estático e dinâmico de lajes nervuradas de concreto armado, tendo em mente o emprego destas em sistemas estruturais na engenharia civil. Este trabalho de pesquisa objetiva também o estudo da resposta dinâmica de lajes nervuradas de concreto armado, sob o ponto de vista de conforto humano, especialmente quando essas estruturas encontram-se submetidas a atividades humanas rítmicas. A definição das ações dinâmicas atuantes sobre os modelos estruturais foi feita com base em resultados experimentais, que consideram grupos de indivíduos desenvolvendo atividades rítmicas correspondentes à ginástica aeróbica (atividade sincronizada). São empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos (MEF), por meio do programa de elementos finitos ANSYS. No presente modelo computacional, as vigas de bordo, nervuras e a laje de concreto armado são simuladas por elementos finitos de casca. Os resultados obtidos ao longo do estudo, em termos das acelerações de pico, são confrontados e comparados com os limites propostos por normas de projeto, sob o ponto de vista do conforto humano. Com base na análise dinâmica das lajes nervuradas investigadas foi possível verificar que as atividades humanas rítmicas podem vir a gerar valores de acelerações de pico elevados e que violam os critérios de conforto humano. Deste modo, foi observado que, as acelerações nos modelos estudados, podem atingir níveis elevados de vibração que comprometem o conforto dos usuários. / Several researchers have studied the use of reinforced concrete ribbed slabs in civil engineering structural systems that can be viable when the technical and economical point of view is considered. For this reason, a lot of papers were published in the last years based on the experimental and numerical analysis of this slab type. In this context, several slab systems were developed and the reinforced concrete ribbed slabs is present among them. This way, this dissertation investigated the static and dynamic structural behaviour of reinforced concrete ribbed slabs used in civil engineering structures. This research work investigated the dynamic response of reinforced concrete ribbed slabs when subjected to the human rhythmic activities, focusing human comfort criteria. The dynamic loads were obtained through experimental tests with individuals carrying out rhythmic activities corresponding to aerobics (stimulated activities). The computational models are developed based on usual mesh refinement techniques present in finite element method simulations (FEM), implemented in the ANSYS program. In this computational model the reinforced concrete ribbed slabs and beams are represented by shell elements. The numerical results, in terms of peak accelerations, are compared with recommended limits proposed by design codes, under the point of view of human comfort. The reinforced concrete ribbed slabs dynamic analysis indicated that the actions produced by human rhythmic activities could generate peak accelerations that surpass design criteria limits developed for ensuring human comfort. Hence it was observed that the acceleration in the models studied, can achieve high levels of vibration that compromise the comfort of users.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A utilização de lajes nervuradas nas edificações em geral vem crescendo no Brasil, pois,com o desenvolvimento da computação, a modelagem destas estruturas tornou-se mais acessível aos projetistas e as vantagens inerentes ao sistema tornaram-se visíveis. Por esta razão, vários trabalhos foram publicados nos últimos anos tendo como finalidade a análise deste tipo de laje, sempre utilizando e comparando diferentes métodos de análise, dentre os quais pode-se destacar: analogia de grelha e método dos elementos finitos. Uma das razões para isto é a utilização da analogia de grelha pelos principais programas comerciais de cálculo de concreto armado. Este trabalho faz uma análise paramétrica de um modelo de laje nervurada de concreto armado denominada REDUZCON e determina a influência de diversos parâmetros relevantes na análise elástico-linear destas lajes. O sistema de laje REDUZCON é um sistema de laje nervurada que utiliza cubas cilíndricas invertidas metálicas denominadas BRC (barrote redutor de concreto). Por meio do estudo paramétrico das lajes nervuradas de concreto armado do tipo REDUZCON são abordados fatores importantes para o modelo de analogia de grelha, como a condição do apoio (deslocável ou indeslocável) e o momento de inércia à torção. Também é estudada a influência da relação entre os vãos e do número de nervuras para uma laje cuja quantidade de nervuras é diferente nos dois sentidos. Investiga-se, ainda, a freqüência fundamental de algumas destas lajes, para comparação com os valores recomendados pela NBR-6118 (2003). Os resultados obtidos ao longo do estudo indicam claramente, que os parâmetros mais relevantes na analogia de grelha, tais como momento de inércia à torção e condição de apoio das lajes, modificam substancialmente os resultados de deslocamento e esforços do sistema estrutural. / The use of ribbed slabs in the constructions in general is growing in Brazil, because, with the development of the computation, the modelling of these structures became more accessible to the designers and the inherent advantages to the system became visible. For this reason, several works were published in the last years having as purpose the analysis of this slabs type, always using and comparing different methods, among them, grillage analogy are the most used, since it is also used in the main commercial programs of reinforced concrete. In this work a parametric analyzes of a model of ribbed slabs of reinforced concrete called REDUZCON is made and it determines the influence of several relevant parameters in the elastic-lineal analysis of these slabs. This system makes use of inverse cylinder metallic cap named BRC (reduced concrete cap). Through the parametric analysis of the ribbed slabs REDUZCON, important factors are approached for the model of grillage analogy, as the boundary conditions, torsional inertia of the system (ribs and board beams), geometry of the edge beams, and the number of transversal ribbings. It is also studied the influence of the sides ratio. Finally is also investigated the natural frequency of some of these slabs and compared with the values recommended in the design codes. The results obtained along the study indicate clearly, that the most relevant parameters in the grillage analogy, such as torsional inertia and condition of support of the slabs, they modify the displacement results and efforts of the structural system substantially.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta dissertação desenvolve-se um estudo sobre o comportamento estrutural de lajes nervuradas de concreto armado, tendo em mente o emprego destas em sistemas estruturais na engenharia civil, de forma viável sob o ponto de vista técnico e econômico. No cenário atual, diversos tipos de sistemas estruturais têm sido desenvolvidos, dentre estes as lajes nervuradas de concreto armado com base no sistema Reduzcon. Essas lajes nervuradas têm como principais características o baixo consumo de material e o peso próprio bastante reduzido. Este sistema utiliza cubas cilíndricas invertidas metálicas denominadas BRC (Barrote Redutor de Concreto), que suportam o concreto da laje. Assim sendo, este trabalho de pesquisa apresenta um estudo acerca da resposta estática e dinâmica do sistema estrutural em questão, em relação aos deslocamentos translacionais verticais e tensões; e, bem como, da resposta dinâmica do sistema sob o ponto de vista de conforto humano. Ênfase especial é dada às atividades humanas rítmicas, com base no emprego de modelos de carregamento que representem as ações inerentes à ginástica aeróbica. A definição das ações dinâmicas atuantes sobre os modelos estruturais foi feita com base em resultados de testes experimentais que levam em conta os efeitos de multidão. A análise numérica fundamenta-se na modelagem computacional do sistema, através do Método dos Elementos Finitos (MEF), de forma a representar apropriadamente o comportamento estrutural das lajes Reduzcon. São empregadas técnicas usuais de discretização, por meio do programa ANSYS. As vigas de bordo, nervuras e a laje de concreto são simuladas por elementos finitos sólidos tridimensionais. / In this work a study is developed on reinforced concrete ribbed slabs behavior, having in mind there use in a viable, economic and technical point of view, in civil engineering structural systems. Nowadays several slab systems are being developed where reinforced concrete ribbed slabs Reduzcon, presents among them. One of the main characteristics of these ribbed slabs is the low material consumption and the reduced self-weight. This system uses inverted metallic cylindrical cap called BRC (Reduced Concrete Cap), which supports the concrete of the slab. This research work presents a study concerning static and dynamic response of the structural system for vertical translational displacements, stress; as well as, the dynamic response of the system under the point of view of human comfort. Special emphasis is given to the rhythmic activities of human beings, by using models implementations that represents aerobic gymnastics. The definition of dynamic actions upon the structural models were obtained based on the experimental results taking in consideration the crowd effects. The numerical analysis is based on the computational modeling of the system, through the Method of finite elements (MEF), in order to appropriately represent the structural behavior of the Reduzcon slab. Usual techniques of discretization were applied using the computer program Ansys. The edge beams, ribs and the concrete slab were simulated using three-dimensional solid finite elements.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A utilização de lajes nervuradas nas edificações em geral vem crescendo no Brasil, pois,com o desenvolvimento da computação, a modelagem destas estruturas tornou-se mais acessível aos projetistas e as vantagens inerentes ao sistema tornaram-se visíveis. Por esta razão, vários trabalhos foram publicados nos últimos anos tendo como finalidade a análise deste tipo de laje, sempre utilizando e comparando diferentes métodos de análise, dentre os quais pode-se destacar: analogia de grelha e método dos elementos finitos. Uma das razões para isto é a utilização da analogia de grelha pelos principais programas comerciais de cálculo de concreto armado. Este trabalho faz uma análise paramétrica de um modelo de laje nervurada de concreto armado denominada REDUZCON e determina a influência de diversos parâmetros relevantes na análise elástico-linear destas lajes. O sistema de laje REDUZCON é um sistema de laje nervurada que utiliza cubas cilíndricas invertidas metálicas denominadas BRC (barrote redutor de concreto). Por meio do estudo paramétrico das lajes nervuradas de concreto armado do tipo REDUZCON são abordados fatores importantes para o modelo de analogia de grelha, como a condição do apoio (deslocável ou indeslocável) e o momento de inércia à torção. Também é estudada a influência da relação entre os vãos e do número de nervuras para uma laje cuja quantidade de nervuras é diferente nos dois sentidos. Investiga-se, ainda, a freqüência fundamental de algumas destas lajes, para comparação com os valores recomendados pela NBR-6118 (2003). Os resultados obtidos ao longo do estudo indicam claramente, que os parâmetros mais relevantes na analogia de grelha, tais como momento de inércia à torção e condição de apoio das lajes, modificam substancialmente os resultados de deslocamento e esforços do sistema estrutural. / The use of ribbed slabs in the constructions in general is growing in Brazil, because, with the development of the computation, the modelling of these structures became more accessible to the designers and the inherent advantages to the system became visible. For this reason, several works were published in the last years having as purpose the analysis of this slabs type, always using and comparing different methods, among them, grillage analogy are the most used, since it is also used in the main commercial programs of reinforced concrete. In this work a parametric analyzes of a model of ribbed slabs of reinforced concrete called REDUZCON is made and it determines the influence of several relevant parameters in the elastic-lineal analysis of these slabs. This system makes use of inverse cylinder metallic cap named BRC (reduced concrete cap). Through the parametric analysis of the ribbed slabs REDUZCON, important factors are approached for the model of grillage analogy, as the boundary conditions, torsional inertia of the system (ribs and board beams), geometry of the edge beams, and the number of transversal ribbings. It is also studied the influence of the sides ratio. Finally is also investigated the natural frequency of some of these slabs and compared with the values recommended in the design codes. The results obtained along the study indicate clearly, that the most relevant parameters in the grillage analogy, such as torsional inertia and condition of support of the slabs, they modify the displacement results and efforts of the structural system substantially.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta dissertação desenvolve-se um estudo sobre o comportamento estrutural de lajes nervuradas de concreto armado, tendo em mente o emprego destas em sistemas estruturais na engenharia civil, de forma viável sob o ponto de vista técnico e econômico. No cenário atual, diversos tipos de sistemas estruturais têm sido desenvolvidos, dentre estes as lajes nervuradas de concreto armado com base no sistema Reduzcon. Essas lajes nervuradas têm como principais características o baixo consumo de material e o peso próprio bastante reduzido. Este sistema utiliza cubas cilíndricas invertidas metálicas denominadas BRC (Barrote Redutor de Concreto), que suportam o concreto da laje. Assim sendo, este trabalho de pesquisa apresenta um estudo acerca da resposta estática e dinâmica do sistema estrutural em questão, em relação aos deslocamentos translacionais verticais e tensões; e, bem como, da resposta dinâmica do sistema sob o ponto de vista de conforto humano. Ênfase especial é dada às atividades humanas rítmicas, com base no emprego de modelos de carregamento que representem as ações inerentes à ginástica aeróbica. A definição das ações dinâmicas atuantes sobre os modelos estruturais foi feita com base em resultados de testes experimentais que levam em conta os efeitos de multidão. A análise numérica fundamenta-se na modelagem computacional do sistema, através do Método dos Elementos Finitos (MEF), de forma a representar apropriadamente o comportamento estrutural das lajes Reduzcon. São empregadas técnicas usuais de discretização, por meio do programa ANSYS. As vigas de bordo, nervuras e a laje de concreto são simuladas por elementos finitos sólidos tridimensionais. / In this work a study is developed on reinforced concrete ribbed slabs behavior, having in mind there use in a viable, economic and technical point of view, in civil engineering structural systems. Nowadays several slab systems are being developed where reinforced concrete ribbed slabs Reduzcon, presents among them. One of the main characteristics of these ribbed slabs is the low material consumption and the reduced self-weight. This system uses inverted metallic cylindrical cap called BRC (Reduced Concrete Cap), which supports the concrete of the slab. This research work presents a study concerning static and dynamic response of the structural system for vertical translational displacements, stress; as well as, the dynamic response of the system under the point of view of human comfort. Special emphasis is given to the rhythmic activities of human beings, by using models implementations that represents aerobic gymnastics. The definition of dynamic actions upon the structural models were obtained based on the experimental results taking in consideration the crowd effects. The numerical analysis is based on the computational modeling of the system, through the Method of finite elements (MEF), in order to appropriately represent the structural behavior of the Reduzcon slab. Usual techniques of discretization were applied using the computer program Ansys. The edge beams, ribs and the concrete slab were simulated using three-dimensional solid finite elements.

Este trabalho verifica, por meio de análises numérico-paramétricas de lajes nervuradas, o quanto a desconsideração (ou a consideração de maneira simplificada) da excentricidade existente entre os eixos das nervuras e o plano médio da capa influencia nos resultados de deslocamentos e esforços atuantes nas peças que compõem estes sistemas. Foram apresentados os conceitos teóricos relativos à cada modelo de cálculo permitido pelas normas técnicas, e foram realizadas análises considerando variações nos seguintes parâmetros: relação entre a altura da capa e a altura total da laje nervurada; relação entre a distância entre os eixos das nervuras e a distância entre os pontos de apoio, e espaçamento entre os eixos das nervuras. Os diferentes modelos mecânicos foram analisados utilizando o método dos elementos finitos, por meio do programa computacional ANSYS 5.5, considerando-se um comportamento elástico-linear para o material concreto armado. Foram relacionados aspectos importantes a serem observados na escolha do modelo adequado, de acordo com os parâmetros analisados, para serem aplicados nos escritórios de cálculo. Verificou-se a necessidade da consideração da excentricidade, seja por modelo realista, ou por modelos simplificados, para a obtenção de resultados numéricos mais próximos do comportamento da estrutura real. / This work verifies, through parametric-numerical analysis of slabs stiffened with ribs, how much the disregard (or regard in a simplified way) of the existent eccentricity between the axis of the ribs and the medium plan of the plate influences on the results of displacements and acting efforts over the parts wich make the system. The theorical concepts related to each model of calculation allowed through technical codes have been presented, and, analysis have been made considering variations in the following parameters: relation between plate height and total height of the waffle slab; relation of distance between the axis of the ribs and the distance between the supporting points, and the gap between the axis of the ribs. Different mechanical models have been analysed using the finite element analysis, through the computer program ANSYS 5.5, considering an elastic-linear behaviour for the reinforced concrete material. Important aspects have been disclosed and should be carefully looked into for an adequate model choice, according to the analysed parameters to be applied in the design\'s offices. The need for eccentricity consideration has been verified, be it by using a realistic model or by simplified models, for close numerical results gathering of the real structural behaviour.

Este trabalho verifica, por meio de análises numérico-paramétricas de lajes nervuradas, o quanto a desconsideração (ou a consideração de maneira simplificada) da excentricidade existente entre os eixos das nervuras e o plano médio da capa influencia nos resultados de deslocamentos e esforços atuantes nas peças que compõem estes sistemas. Foram apresentados os conceitos teóricos relativos à cada modelo de cálculo permitido pelas normas técnicas, e foram realizadas análises considerando variações nos seguintes parâmetros: relação entre a altura da capa e a altura total da laje nervurada; relação entre a distância entre os eixos das nervuras e a distância entre os pontos de apoio, e espaçamento entre os eixos das nervuras. Os diferentes modelos mecânicos foram analisados utilizando o método dos elementos finitos, por meio do programa computacional ANSYS 5.5, considerando-se um comportamento elástico-linear para o material concreto armado. Foram relacionados aspectos importantes a serem observados na escolha do modelo adequado, de acordo com os parâmetros analisados, para serem aplicados nos escritórios de cálculo. Verificou-se a necessidade da consideração da excentricidade, seja por modelo realista, ou por modelos simplificados, para a obtenção de resultados numéricos mais próximos do comportamento da estrutura real. / This work verifies, through parametric-numerical analysis of slabs stiffened with ribs, how much the disregard (or regard in a simplified way) of the existent eccentricity between the axis of the ribs and the medium plan of the plate influences on the results of displacements and acting efforts over the parts wich make the system. The theorical concepts related to each model of calculation allowed through technical codes have been presented, and, analysis have been made considering variations in the following parameters: relation between plate height and total height of the waffle slab; relation of distance between the axis of the ribs and the distance between the supporting points, and the gap between the axis of the ribs. Different mechanical models have been analysed using the finite element analysis, through the computer program ANSYS 5.5, considering an elastic-linear behaviour for the reinforced concrete material. Important aspects have been disclosed and should be carefully looked into for an adequate model choice, according to the analysed parameters to be applied in the design\'s offices. The need for eccentricity consideration has been verified, be it by using a realistic model or by simplified models, for close numerical results gathering of the real structural behaviour.