Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A história da construção civil está ligada ao desenvolvimento do homem e têm obtido avanços na área habitacional. Em função desse avanço, o conceito de desempenho de edificações vem sendo estudado, e pode ser entendido como o comportamento em uso das construções ao longo da vida útil. A ABNT NBR 15575:2013 introduziu vários requisitos de desempenho. Esse trabalho tem o objetivo de avaliar requisitos de desempenho em paredes de concreto com ar incorporado. Essa avaliação foi feita através de ensaios de corpo mole e corpo duro, e ensaios de choque térmico. Foram utilizados três tipos de concreto com teores diferentes de aditivo incorporador de ar. Os grupos amostrais foram formados por três protótipos de casas com quatro paredes mais 9 painéis que foram moldados em fôrmas de madeira nas mesmas condições dos protótipos, além da moldagem de 24 cp’s cilíndricos (10 cm x 20 cm), de cada tipo de concreto. Dessa maneira, a variável de entrada foi o teor de aditivo incorporador de ar e as variáveis de saída foram: massa específica, teor de ar e composição real do concreto no estado fresco; e resistência ao impacto de corpo mole e corpo duro, resistência ao choque térmico, módulo de elasticidade, resistência à compressão e massa específica do concreto no estado endurecido. Nos ensaios de corpo mole e corpo duro, os resultados indicaram que o deslocamento instantâneo gerado pelo ensaio de impacto de corpo mole correspondeu a h/13320 (h=2720 mm) e não houve sinais de falhas; os deslocamentos mantiveram uma correlação negativa com o teor de ar e positiva em relação à energia do impacto, representada pela altura de lançamento do saco cilíndrico; a profundidade das mossas foi inferior a 0,085 mm para todas as paredes e protótipos e o SVVE pode ser classificado com nível de desempenho S de acordo com a ABNT NBR 15575:2013. Nos painéis, o teor de ar no concreto influenciou positivamente os resultados da ação do choque térmico; a incorporação de ar reduziu as curvaturas durante a ação do calor e de acordo com a ABNT NBR 15575:2013 o SVVE ensaiado possui nível de desempenho M. / The history of the building is linked to the development of man and have obtained advances in the housing area. Given this progress, the concept of building performance has been studied, and can be understood as the behavior in use of buildings along the lifespan. The ABNT NBR 15575:2013 implemented various performance requirements. This study aims to evaluate performance requirements in concrete walls with incorporated air. This assessment was made by soft body tests, hard body, and thermal shock tests. It has been used three types of concrete with various levels of air additive developer. The sample groups were formed for three prototypes of houses with four walls each, plus 9 panels that were shaped in wooden molds in the same conditions of prototypes, and with the addition of 24 cp’s cylindrical molding's (10 cm x 20 cm), of each type of concrete. Thus, the input variable is the content of air incorporator additive, and the output variables are: specific mass, air content and real concrete composition in the fresh state; impact resistance soft body and hard body, thermal shock resistance, elastic modulus, compressive resistance and the specific mass of the concrete in the hard state. In soft body tests and hard body, the results indicated that the instantaneous displacement generated by the soft body impact test corresponding to h/13320 (h = 2720 mm) and no failures signals; displacements maintained a negative correlation with air content and positive regarding the impact energy, represented by the release height of the cylindrical bag; the depth of the dents is less than 0.085 mm for the walls and prototypes and SVVE can be rated performance level S according to ABNT NBR 15575:2013. The panels, the air content in the concrete positively influenced the results of the thermal shock action; the incorporation of air reduced the curvatures during the action of heat and according to NBR 15575:2013 the SVVE tested has performance level M. / Dissertação (Mestrado)

Desde meados de 2007, um aumento significativo de unidades construídas pelo sistema Paredes de concreto tem influenciado o mercado da construção habitacional no Brasil. Em abril de 2012, foi publicada uma norma brasileira que trata exclusivamente desse sistema. Além disso, o desafio em minimizar o déficit habitacional estimula a utilização desse método alternativo, pois quando aplicado adequadamente proporciona alta produtividade e menor custo em relação a outros métodos construtivos. Por essas razões, é importante conhecer quais modelos de cálculo são seguros e pertinentes para a análise estrutural de edificações construídas pelo sistema Paredes de Concreto. Neste trabalho são avaliados, por meio da comparação de resultados, quatro modelos de cálculo, dos quais dois são numéricos, utilizados para o pré-dimensionamento e dimensionamento de paredes de concreto armado, moldadas no local. Este tipo de estrutura tem sido bastante utilizada na construção de edifícios. Deste modo utilizou-se como estudo de caso, um projeto adaptado de um edifício real com quinze pavimentos tipo, para a aplicação dos modelos de cálculo e algumas normas de projeto. Os dois modelos numéricos foram desenvolvidos no software SAP2000, baseado no Método dos Elementos Finitos, considerando análise elástica linear. O primeiro discretiza as paredes com elementos de casca e o segundo com elementos de barra. A interação entre o solo e a estrutura não foi considerada neste trabalho. Normas de projeto foram comparadas na etapa de pré-dimensionamento quanto às resistências últimas à compressão com objetivo de avaliar a recente norma brasileira. A verificação ao dimensionamento das paredes quanto às tensões normais de compressão e tração e tensões de cisalhamento foi realizada baseada nas expressões da NBR 16055:2012. Por fim, verificou-se o Estado Limite de Serviço das deformações excessivas globais, referentes à movimentação lateral do edifício e a estabilidade global do edifício estudado, pela NBR 6118:2007. / Since 2007, a significant use of the system known as Concrete Wall has been influenced the Brazilian residential construction market. In April 2012, a Brazilian code exclusively devoted to this system was published. Besides that, the challenge in reducing housing deficit estimulate the use of this alternative method, because when properly applied it provides high productivity and lower costs compared with other construction methods. For these reasons it is important to evaluate which designing models are safe and appropriate to structural analysis of buildings constructed in Concrete Wall system. In this work it is evaluated, through results comparison, four designing models, of which two are numerical, used to pre-design and to design reinforced concrete walls casted in place. This kind of structure has been widely used in buildings construction. Thus, an adapted project from a real building with fifteen floors was used as a case study in order to apply the designing models and some project design codes. Both numerical models were developed in SAP2000 software, based on Finite Element Method, considering elastic linear analysis. The former used shell elements to represent the walls and the latter used frame elements. The soil-structure interaction has not been considered in this work. Project design codes were compared at the pre-design stage in terms of the ultimate compression resistance, aiming evaluate the recent Brazilian code. The check of normal stress of compression, normal stress of tension, and shear stress, was made based on NBR 16055:2012 expressions. Finally, the service limit state related to global excessive deformation due to the lateral movement of the building and the global stability was verified through NBR 6118:2007.

Neste trabalho são realizadas análises estruturais de edifícios de paredes de concreto moldadas no local e de alvenaria estrutural considerando a interação solo-estrutura e a sequência construtiva. Com solução de fundação em estacas pré-moldadas, cada edifício piloto com 45 metros de altura, formado por 15 pavimentos de parede com pé-direito de 2,80m, apoiado sobre um pilotis de concreto armado de 3 metros de altura é modelado com base em 4 metodologias de análise: (i) O AI_AF, modelo clássico de referência, que admite apoios indeslocáveis e ações instantâneas; (ii) O AE_AF, modelo que inclui as ações evolutivas, incorporando o aumento gradativo de carregamento e rigidez; (iii) O AI_ISE, modelo que incorpora a interação com o solo a partir da aplicação instantânea de ações e (iv) o AE_ISE, modelo mais refinado, que considera a interação com o solo no tempo de construção. As paredes são modeladas em elementos finitos de casca, os pilares de concreto, vigas de transição, estacas e blocos em elementos finitos de barra e o maciço de solo em elementos finitos sólidos isoparamétricos, com o auxílio do software comercial DIANA®. O trabalho evidencia que o modelo clássico de referência, que desconsidera a interação com o solo, não alerta para a necessidade de aumentar a ductilidade das paredes dos pavimentos iniciais em ambos os sistemas construtivos. / This study consist of a structural analyses of concrete walls and masonry building including the soil-structure interaction and the construction process. Each pilot building is 45 meters high, consisting of 15 floors with 2.80 m high. Each floors are seated on pillars of reinforced concrete with 3 meters of height, which were modeled using 4 methodologies: (i) The AI_AF, classic reference model, which adopts fixed foundations and instantaneous action; (ii) The AE_AF is a model, that includes construction loads and incorporates a gradual increasing in load and stiffness; (iii) The AI_ISE model incorporates interaction with the soil and the instantaneous application of actions; and, (iv) AE_ISE, which consists of a more refined model with soil interaction and the time of construction. The concrete walls are modeled based on shell finite elements, the concrete pillars, transition beams, stakes and blocks are modeled based on bar finite element and the soil mass is modelled as an isoparametric solid finite elements. The numerical modelling is conducted using commercial software DIANA®. Results show that the classic reference model, in which the soil-structure interaction is not considered, does not attent to the need of increasing the ductility of the walls in initials floor.

Realiza-se o estudo dos efeitos globais causados pela interação solo-estrutura em edifícios de paredes de concreto moldadas no local sobre fundações profundas. Propõe-se um modelo simplificado para a análise estrutural elástica linear de edifícios de paredes de concreto com a utilização exclusiva de elementos finitos de barra. O modelo proposto contempla a influência da deformabilidade das fundações e o efeito arco que ocorre nas paredes de concreto suportadas por pavimentos de transição ou elementos de fundação. O efeito da interação solo-estrutura é simulado por meio da aplicação de coeficientes de rigidez nos apoios da estrutura, calculados por uma ferramenta computacional desenvolvida neste trabalho. O desempenho do modelo proposto é avaliado por meio da comparação com modelo de referência mais refinado que utiliza elementos finitos de casca para discretizar a estrutura por completo. Realizam-se estudos de caso de edifícios de paredes de concreto de múltiplos pavimentos, com estruturas de transição e fundações deformáveis sujeitos ao carregamento vertical. O modelo simplificado proposto se mostrou adequado para a análise estrutural dos edifícios de paredes de concreto moldadas no local com carregamento vertical estudados neste trabalho. Os resultados obtidos indicam que a interação solo-estrutura altera o fluxo de tensões nos edifícios de maneira significativa, causando importante redistribuição de esforços nos elementos estruturais e não deve ser desprezada no dimensionamento da estrutura. Observou-se, também, a redução dos valores de recalques máximos e, principalmente dos recalques diferenciais dos apoios dos edifícios estudados. / This work aims at the investigation of the global effects caused by soil-structure interaction in reinforced concrete wall buildings on deep foundations. A simplified model is proposed for the linear structural analysis of reinforced concrete wall buildings with the exclusive use of beam finite elements. The proposed model includes the influence of the foundations deformability and the arch effect that occurs in concrete walls supported by beams or foundation elements. The effect of soil-structure interaction is simulated by applying stiffness coefficients in the supports of the structure. The stiffness coefficients are calculated by a computational tool developed in this work using an iterative process. The performance of the proposed model is evaluated by comparison of the results with a reference model that uses refined shell finite elements to represent the whole structure. Three reinforced concrete wall multi-story buildings subject to vertical loading were used as case studies in order to evaluate the influence of the soil-structure interaction in the structural behavior. The study concludes that the proposed simplified model is adequate to the structural analysis of reinforced concrete wall buildings with vertical loads studied in this work. The results indicate that the soil-structure interaction significantly modifies the stress flow in the buildings, causing significant redistribution of internal forces and should not be neglected in the design of the structure. It was also observed a reduction of the maximum values of settlements, and especially the differential settlements of the supports of the analyzed buildings.

Edifícios de paredes de concreto armado usualmente apóiam-se sobre estrutura de transição composta por vigas e pilares de mesmo material. O objetivo deste trabalho é investigar o comportamento estrutural global de edifícios de paredes de concreto armado, solicitados por carregamentos verticais e ações horizontais, com uma análise global sobre a distribuição de esforços em toda edificação, além de investigar a estrutura de transição sobre a qual estão apoiados. O estudo é realizado por meio de simulação numérica baseada no Método dos Elementos Finitos, com o auxílio do programa ANSYS. Elabora-se um modelo alternativo que possibilita avaliar o comportamento estrutural do edifício, com destaque para a região de transição em que ocorre a interação entre vigas, paredes e laje. Tal modelo permite a consideração automática do efeito arco e supre dificuldades usualmente encontradas por projetistas na obtenção de parâmetros necessários para essa análise. O estudo não tratou do estudo de edifícios esbeltos. O estudo contribui para a elaboração de norma brasileira que se encontra atualmente em discussão: \"Paredes de concreto armado - projeto e execução de edificações\". Os resultados apresentados consistem em deslocamentos horizontais dos pavimentos, distribuição dos esforços normais, cortantes e momentos fletores nas paredes, além da análise dos esforços cortantes nas interfaces verticais de paredes e esforços internos nos pilares e nas vigas de transição. As comparações realizadas permitem concluir que o modelo alternativo, que utiliza elementos de barra tridimensional para a simulação da estrutura de transição, elementos finitos de casca para as paredes na região de formação do arco, e elementos de barra para as paredes nos pavimentos acima de tal região, em arranjo semelhante ao de Yagui, é suficientemente preciso para a análise estrutural de edifícios da tipologia considerada. / Reinforced concrete walls buildings usually rely on a supporting structure composed of beams and columns built with the same material. The objective of this study is to investigate the structural behavior of reinforced concrete wall buildings, subjected to vertical and horizontal loads, analyzing the whole structural system and the supporting structure. The study is carried out with numerical simulation based on the Finite Element Method, with the aid of ANSYS software. A simplified model is elaborated to assess the interaction region between beam, wall and slab. Such model allows one to automatically consider the so-called arch effect and supplies the usually drawbacks faced by designers to obtaining the necessary parameters to the analysis. The presented study considers the floor horizontal displacement, the normal stress distribution, shear force and bending moments on the walls, besides the shear force analysis on the wall\'s vertical interface and the internal forces in the supporting beams and collumns. The performed analysis shows that the alternative simplified model, that uses three dimensional frame finite elements to simulate the supporting structure, shell finite elements to simulate walls on the regions in which the arch effect is formed, and frame elements to simulate the walls of the upper floors, similarly to Yagui´s model, is accurate enough for developing the structural analysis of buildings of this type.

This research aims to evaluate the thermal performance of housing built with the technology of reinforced concrete walls executed on site, for use in Brazilian Bioclimatic Zone 2. The study was conducted through in situ measurements of air temperature inside the four main types of single family housing of social interest of Zilda Arns allotment, in the town of Santa Maria-RS. Measurements were made in winter and summer, with the housing closed and also with the housing closed with sealing in places susceptible to air infiltration. The evaluations were made from the relationship between changes in internal temperatures and outdoor temperatures, and considering the influences of solar orientation and air infiltration, and internal thermal comfort through a comparative analysis of temperatures with ASHRAE (2004) limits. It was observed that the solar orientation has influence during winter and summer, however the air infiltration has little influence on thermal performance of housings. It was also observed that the building system provides good thermal performance for the summer period, but is not suitable to Bioclimatic Zone 2 during winter. As for thermal comfort, the housings presented cold discomfort for the whole period of winter and presented comfort in most of the analyzed summer period. / O presente trabalho tem como objetivo avaliar o desempenho térmico e o conforto térmico de habitações construídas com a tecnologia de paredes de concreto armado executadas no local, para uso na Zona Bioclimática 2 brasileira. O estudo foi realizado através de medições in loco da temperatura do ar no interior de quatro unidades com orientações solares predominantes de habitações unifamiliares de interesse social do loteamento Zilda Arns, na cidade de Santa Maria-RS. Foram feitas medições no inverno e no verão, com a casa fechada e também com a casa fechada com vedação nos locais passíveis de infiltração de ar. As avaliações foram .efetuadas a partir da relação entre as variações das temperaturas internas e das temperaturas externas, considerando ainda as influências da orientação solar e da infiltração de ar, e as condições de conforto térmico internas através de uma análise comparativa de temperaturas com valores limites da ASHRAE (2004). Foi observado que a orientação solar exerce influência nos períodos de inverno e verão, porém verificou-se que a infiltração de ar pouco influencia sobre o desempenho térmico das unidades. Observou-se ainda que o sistema construtivo apresenta bom desempenho térmico para o período de verão, porém não é adequado à Zona Bioclimática 2 no período de inverno. Quanto ao conforto térmico, as habitações apresentaram desconforto por frio em todo o período analisado de inverno e conforto na maior parte do período de verão.

As análises estruturais têm como procedimento usual considerar apoios rígidos nas fundações e aplicar as ações de maneira instantânea. Essas duas simplificações podem induzir a uma configuração de esforços não condizentes com a estrutura real. Este trabalho investiga a interação solo-estrutura (ISE) em edifícios de paredes de concreto apoiados em fundação do tipo radier. O presente estudo considera a sequência construtiva da edificação, denominada por ações evolutivas, objetivando obter resultados mais condizentes com a estrutura real. A investigação é realizada mediante simulação numérica utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF) por meio do pacote computacional DIANA®. A tipologia do modelo numérico é baseada em um conjunto de edifícios já construídos. São utilizados dados de monitoramento de recalques geotécnicos ao longo da construção dos edifícios para aferir as propriedades constitutivas do solo no modelo numérico. São analisados os efeitos da deformação da fundação na redistribuição de esforços e tensões das paredes da superestrutura, a contribuição da rigidez da estrutura na uniformização dos recalques e demais parâmetros que envolvem a ISE na estrutura e na fundação. A NBR-16055 (ABNT, 2012) obriga que seja incorporado a interação solo-estrutura nas análises de edifícios de paredes de concreto acima de 5 pavimentos. O presente estudo indica que os efeitos da ISE na estrutura têm uma maior dependência da rigidez relativa estrutura-solo. Deste modo, é proposto um coeficiente específico de rigidez relativa estrutura-solo para edifícios de paredes de concreto. São realizados estudos paramétricos que indicam que o coeficiente proposto pode ser utilizado como um parâmetro para análise da ISE em edifícios de paredes de concreto. / The usual procedure in structural analysis neglects the deformation of the foundations and the load sequence of the building. These simplifications can provide inaccurate results. This work deals with the structural analysis of concrete wall buildings settled on raft foundations taking into account the soil-structure interaction (SSI) and the progressive vertical loading. The numerical simulation was performed using the finite element method (FEM) in the DIANA® software. The numerical model is based on a set of buildings already constructed. During the construction process, the settlement of many points were measured and are used here to evaluate the constitutive soil parameters to feed the numerical models. The obtained results show a redistribution of the walls internal forces and the loss of uniformity of their vertical normal stress. The progressive vertical loading during the construction reduces the influences of the soil-structure interaction. The Brazilian code for concrete wall buildings (NBR-16055, 2012) requires that the soil/structure interaction be incorporated into the structural model in the buildings with more than 5 stories. A specific relative stiffness structural-soil factor is proposed for concrete wall buildings. The present study indicates that the SSI results are not related to the number of floors of the building. The SII have a larger dependence on soil stiffness and relative stiffness structure-soil.

As análises estruturais têm como procedimento usual considerar apoios rígidos nas fundações e aplicar as ações de maneira instantânea. Essas duas simplificações podem induzir a uma configuração de esforços não condizentes com a estrutura real. Este trabalho investiga a interação solo-estrutura (ISE) em edifícios de paredes de concreto apoiados em fundação do tipo radier. O presente estudo considera a sequência construtiva da edificação, denominada por ações evolutivas, objetivando obter resultados mais condizentes com a estrutura real. A investigação é realizada mediante simulação numérica utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF) por meio do pacote computacional DIANA®. A tipologia do modelo numérico é baseada em um conjunto de edifícios já construídos. São utilizados dados de monitoramento de recalques geotécnicos ao longo da construção dos edifícios para aferir as propriedades constitutivas do solo no modelo numérico. São analisados os efeitos da deformação da fundação na redistribuição de esforços e tensões das paredes da superestrutura, a contribuição da rigidez da estrutura na uniformização dos recalques e demais parâmetros que envolvem a ISE na estrutura e na fundação. A NBR-16055 (ABNT, 2012) obriga que seja incorporado a interação solo-estrutura nas análises de edifícios de paredes de concreto acima de 5 pavimentos. O presente estudo indica que os efeitos da ISE na estrutura têm uma maior dependência da rigidez relativa estrutura-solo. Deste modo, é proposto um coeficiente específico de rigidez relativa estrutura-solo para edifícios de paredes de concreto. São realizados estudos paramétricos que indicam que o coeficiente proposto pode ser utilizado como um parâmetro para análise da ISE em edifícios de paredes de concreto. / The usual procedure in structural analysis neglects the deformation of the foundations and the load sequence of the building. These simplifications can provide inaccurate results. This work deals with the structural analysis of concrete wall buildings settled on raft foundations taking into account the soil-structure interaction (SSI) and the progressive vertical loading. The numerical simulation was performed using the finite element method (FEM) in the DIANA® software. The numerical model is based on a set of buildings already constructed. During the construction process, the settlement of many points were measured and are used here to evaluate the constitutive soil parameters to feed the numerical models. The obtained results show a redistribution of the walls internal forces and the loss of uniformity of their vertical normal stress. The progressive vertical loading during the construction reduces the influences of the soil-structure interaction. The Brazilian code for concrete wall buildings (NBR-16055, 2012) requires that the soil/structure interaction be incorporated into the structural model in the buildings with more than 5 stories. A specific relative stiffness structural-soil factor is proposed for concrete wall buildings. The present study indicates that the SSI results are not related to the number of floors of the building. The SII have a larger dependence on soil stiffness and relative stiffness structure-soil.