2-sistemas estruturais, Notas de estudo de Engenharia Civil

Baixe 2-sistemas estruturais e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Civil, somente na Docsity! 3. SISTEMAS ESTRUTURAIS 3.1- Introdução A função da estrutura é fornecer um caminho seguro para as cargas da superfície para a infra-estrutura, para tanto é preciso: planejar, projetar, construir. 1- Planejar é selecionar o esquema estrutural mais conveniente, e definir seu arranjo geral; estimar dimensões com base em critérios de segurança, economia, funcionalidade e estética. 2- Projetar é fazer a determinação dos esforços solicitantes, a definição precisa das dimensões e a idealização de suas conexões e vínculos. 3- Construir é materializar o que foi planejado. Os principais requisitos da estrutura são: a segurança, durabilidade, economia, funcionalidade estética. A estrutura deve ainda resistir ao vento, descargas atmosféricas, terremotos, incêndios, e ter um valor razoável de custo de mão-de-obra e materiais. Na antiguidade a estética determinava a estrutura. Com isso, alguns materiais foram incorretamente utilizados. Hoje, sabe-se que a correta utilização da estrutura é importante para a obtenção de satisfação estética. “O conhecimento das estruturas pelos arquitetos é desejável, e uma estrutura correta só pode contribuir para a beleza da arquitetura”. (Mário Salvadori) A estrutura das construções é composta por vários materiais adequadamente dispostos e solidarizados. Existem várias opções de sistemas estruturais para edifícios. No caso da utilização do concreto armado, a maioria delas se compõe de lajes, vigas, pilares e paredes estruturais. Esses sistemas possuem variações, conforme se aumenta a altura dos edifícios, podendo inclusive agregar elementos de aço ou elementos mistos aço- concreto. Dentre as possibilidades estão a utilização de lajes de concreto armado ou mistas, vigas e pilares em concreto armado, mistos ou em aço. Na figura seguinte estão colocados alguns arranjos possíveis dos elementos estruturais, permitindo que se tenha uma visão geral do que hoje é feito no Brasil e no mundo. Fig.1- Exemplos de sistemas estruturais de edifícios Como se pode ver então, os edifícios usuais utilizam concreto armado, perfis metálicos, alvenarias, esquadrias, revestimentos, telhado, etc., combinados das mais diversas maneiras de modo a atender a demandas específicas. 3.2-Elementos Estruturais Podem ser divididos em três categorias: a) elementos estruturais básicos: lajes, vigas, pilares. São os elementos que compõem o esqueleto estrutural usual de edifícios, e cujo comportamento já foi bastante estudado, com modelos de dimensionamento bem resolvidos, pelo menos para os casos usuais. Fig.2- Exemplos de lajes As lajes podem ser maciças (com vigas), nervuradas (para vãos maiores), planas (sem vigas), ou painéis pré-fabricados. Fig.3- Exemplo de laje em grelha Fig.4-Exemplo de laje pré-fabricada Fig.5- Exemplos de vigas Fig.6- Exemplos de elementos tridimensionais b) elementos estruturais de fundação: fundações diretas ou rasas, e profundas. São aqueles elementos que fazem a transferência das ações oriundas da superestrutura para o solo de apoio. Podem ser de vários tipos, sempre em função das características do solo. Passa por etapas como a análise estrutural inicial do Projeto Arquitetônico e o ante-projeto estrutural. Etapa 4-Diretrizes da Concepção Estrutural Visam atender às condições estéticas definidas no projeto arquitetônico, tais como vigas e pilares embutidos na alvenaria, evitar pilares e vigas em vãos abertos, ou usá-los de forma racional, evitando também excesso de vigas aparentes. A concepção estrutural deve compatibilizar o projeto de estruturas com os projetos complementares, evitando que dutos e tubulações vazem das vigas, reforçando os elementos estruturais em caso de grandes aberturas. A altura total deve contemplar a viga, os dutos, e possível forro falso. O posicionamento dos elementos estruturais deve ser feito com base no seu comportamento, em função do caminho normal das cargas: lajes→vigas→pilares→fundações A transferência de cargas deve ser a mais direta possível, evitando que cargas importantes sejam apoiadas em vigas, e a necessidade de vigas de transição. Os elementos estruturais devem ser os mais uniformes possíveis na sua geometria e solicitações. Por exemplo, vigas devem ter vãos comparáveis e os elementos estruturais devem ser preferencialmente figuras geométricas e simples. As dimensões contínuas, em planta, da estrutura devem ser limitadas a 30m, senão devem ser previstas juntas de dilatação. Em função do efeito do vento, devem existir pórticos planos ortogonais entre si que resistam adequadamente. Assim, recomenda-se orientar criteriosamente os pilares, buscando distribuir rigidezes, estabelecendo alinhamento entre eles, e prever outras estruturas de contraventamentos. É necessário verificar se a locação dos pilares não interfere na garagem, e evitar pilares nos limites do terreno para não se precisar de fundação excêntrica. Os balanços geram estruturas mais robustas. Assim, devem-se evitar balanços muito grandes e janelas em cantos. Deve-se ainda prever dimensões maiores para pilares com pé-direito duplo. Fig.11-Esquema do percurso de uma carga Etapa 5-Análise estrutural É muito complexa para um tratamento global, por isso são feitas simplificações, uma síntese estrutural: pórticos, grelhas, vigas, cascas, placas, pilares. Os modelos usuais são: 1) lajes + vigas contínuas + pilares + fundações 2) lajes + grelha de vigas + pilares + fundações 3) lajes (representadas por grelhas ou malhas e EF) + grelha de vigas + pilares + fundações 4) lajes (grelhas ou malhas EF) + pórtico espacial + fundações (interação solo- estrutura) Quanto ao comportamento do material, têm-se alguns tipos de análise: a) análise linear b) análise linear com redistribuição c) análise limite d) análise não-linear Estas análises podem ser combinadas com os vários modelos da estrutura. Etapa 6-Síntese Estrutural Estuda-se a validade das hipóteses, a superposição dos efeitos. O dimensionamento é a envoltória dos esforços: cargas permanentes ou permanentes mais acidentais; cargas permanentes e acidentais + vento, etc. Etapa 7-Dimensionamento e Detalhamento Visa estabelecer dimensões adequadas, armaduras e ligações, e deve refletir as hipóteses adotadas na análise. Etapa 8-Desenho da Estrutura É o que irá para a obra, a fim de ser executado. Para desenhos de concreto são necessários desenhos de formas: fundação, pavimento tipo, cobertura, garagem, etc. Eles definem as características geométricas da estrutura. Constam neles a locação da estrutura (eixos), a definição dos elementos e suas dimensões, e cortes característicos. Etapa 9-Desenho de Armação Definem as armaduras a serem colocadas nos elementos. Devem trazer: identificação das barras, definição da bitola e do comprimento, e do posicionamento. Por exemplo, uma determinada barra será designada por: N8 – 2 ø 12,5 – 252. Fig.12 Exemplo de detalhamento de uma viga