Sistemas Estruturais de Aço, Trabalhos de Arquitetura

Baixe Sistemas Estruturais de Aço e outras Trabalhos em PDF para Arquitetura, somente na Docsity! 1 Chapecó, 28 de Julho de 2020 UNIVERSIDADE COMUNITÁRIA DA REGIÃO DE CHAPECÓ – UNOCHAPECÓ. ACEA: ÁREA DE CIÊNCIAS EXATAS E AMBIENTAIS – ARQUITETURA E URBANISMO / 1106 COMPONENTE CURRICULAR: ESTRUTURAS EM AÇO. DOCENTE: DIOGO BEVILAQUA LARISSA PITT - TURMA: X / 6º PERÍODO SISTEMAS ESTRUTURAIS DE AÇO Introdução Ao iniciar-se uma discussão à cerca de Sistemas Estruturais de Aço e imprescindível que se trate de suas propriedades, bem como características gerais. Desenvolvido através da componente de Estruturas de Aço, ministrada pelo docente Diogo Bevilaqua, esse trabalho tratará de questões mais específicas voltadas para aos elementos dos Sistema Estruturais de Aço. Quando comparado a demais materiais estabelecidos e usuais na construção civil, o Aço pode tornar-se muito versátil. Apresenta como principais vantagens uma resistência alta tanto a tração quanto a compressão, precisão quando executado de forma profissional, propriedades estáveis, obras com menor tempo de execução e com canteiros mais limpos, bem como a possibilidade de execução de vãos efetivos maiores e estruturas mais leves. Constituído principalmente através de ferro e carbono, o aço conta ainda em sua composição com percentuais de enxofre, alumínio, cobre, níquel, entre outros. Sendo que sua resistência final encontra-se intimamente ligada a sua área, onde tem-se a relação de que quanto mais área, maior sua resistência. Tabela 01. Propriedades do Aço. Propriedades do Aço Resistência a Ruptura 400 Mpa Resistência ao Escoamento 250 Mpa Módulo de Elasticidade 205 Gpa Coeficiente de Poisson 0,3 Coeficiente de Dilatação Térmica 12 x 10 6 ºC Peso Específico 77 Kn/m³ Fonte: Larissa Pitt, 2020. As estruturas metálicas, bem como seus elementos de forma individual possuem inúmeras formas de serem idealizados, o principal ponto à ser levado em consideração no momento de projeto, encontra-se voltado a qual será o esforço que o mesmo terá de resistir como estrutura individual e também como parte integrante de um conjunto, uma vez que as mesmas, são desenvolvidas de acordo com seus perfis e dessa forma torna-se imprescindível determinar a distribuição de carga em relação a sua seção transversal. Sabe-se que os esforços de tração simples pode ser aplicado em variadas seções, mas que entretanto se o objetivo é conter peças esbeltas, torna-se mais viável o uso de seções 2 Chapecó, 28 de Julho de 2020 em que o material esteja mais próximo ao seu centro de gravidade. No caso de esforços de compressão tem-se muito o efeito de flambagem das peças e nesses casos os elementos requerem maior rigidez e sendo assim, peças em que o material esteja mais afastado do centro de gravidade, em ambas as direções tornam-se mais adequadas. Por fim tem-se os esforços de flexão que da mesma forma que a compressão exige formas ainda mais rígidas em que o material esteja longe do centro de gravidade, sua diferença é que nesse caso a distância do material em relação ao seu centro de gravidade deve ocorrer onde há o momento fletor da peça. Serão apresentados ao longo do desenvolvimento deste trabalho algumas tipologias de sistemas estruturais de aço, tais como vigas, pilares, lajes steel deck, treliças, além de pórticos, arcos e grelhas. Elementos Estruturais em Aço. 01. Pilares. Pilares ou também chamados de colunas, são as estruturas finais de recebimento de carga antes das fundações que posteriormente as transferem ao solo. As colunas/pilares de edificações no geral são dimensionadas fundamentalmente à resistência de esforços de compressão, uma vez que recebem cargas superiores e encontram-se apoiadas no solo, passam por um processo de “esmagamento” ficando sujeitas a flambagem por exemplo. São fundamentalmente elementos caraterizados como barras retas com eixo no sentido vertical. Para o dimensionamento dessas peças na estrutura metálica, são utilizados então, perfis que possuam inércia relevante em todos os sentidos, como é o caso dos perfis “H”, por exemplo, que têm largura da mesa, igual ou próxima à altura de sua seção transversal, entre outros, como seções de perfis I laminados ou soldados, perfis de caixão soldados, perfis tubulares ou em seções compostas por dois ou mais perfis como pode ser visualizado na figura 01 abaixo. Figura 01. Perfis Metálicos para Pilares. Fonte: Instituto Brasileiro de Desenvolvimento da Arquitetura. Em geral, os pilares metálicos são recomendados em estruturas quando há a necessidade de estruturas mais leves por exemplo, entre outros casos, principalmente por serem elementos que possuem seções e esbeltes reduzidas, fornecendo a rigidez necessária a estrutura de forma mais leve e em alguns casos mais precisa. Muito usuais em construções de grande porte diminuindo até mesmo auxiliando nas fundações devido ao descarregamento de peso próprio ser menor. 02. Vigas. As vigas por sua vez são as estruturas que recebem os carregamentos de paredes e lajes de um estrutura, sendo elementos lineares que podem estar dispostas no conjunto de 5 Chapecó, 28 de Julho de 2020 04. Treliças. As treliças, bem como os pilares e vigas, são estruturas lineares formadas por barras retas, entretanto no caso das treliças, as barras encontram-se locadas com a finalidade de formar perfis triangulares e no geral, podem ser solicitadas para a resistência de esforços de tração e de compressão sendo possível a idealização de dois modelos, as treliças planas ou as treliças espaciais. Figura 04. Exemplos de Tipologias de Treliças. Fonte: ROMÃO, Xavier. 2002/2003. Caracterizam-se treliças planas aquelas que são constituídas por um conjunto de elementos de barras, nesse caso metálicas, que podem ser redondas ou chatas, bem como interligadas por meio do uso de cantoneiras, formando ao final um elemento estrutural rígido através de seus nós e que resiste primordialmente a cargas de esforços normais. Em contrapartida, tem-se também as treliças espaciais, que por sua vez, possuem assim como as treliças espaciais, formatos triangulares em seu conjunto, mas que entretanto sua configuração permite a resistência a esforços de cargas axiais. No geral, as duas formas podem ser usadas em diferentes situações na construção civil, porém o mais simples, usual e encontrado é a utilização desse sistema na estruturação de telhados de telhas de concreto, cerâmica, zinco, fibrocimento, entre outros, onde o sistema de treliça encontra-se voltado a fornecer suporte. Além disso, são muito encontradas em pontes devido a sua capacidade de suporte à cargas elevadas além de permitir realizar estruturas extensas vencendo maiores vãos, bem como em torres de energia elétrica e telecomunicação, por exemplo. 05. Grelhas A Grelha também é uma estrutura metálica bastante usual em projetos de engenharia e arquitetura, caracterizada por ser uma estrutura reticulada, ou seja, aquelas onde há a concepção do elemento a partir de barras com eixos reto. Além disso, as grelhas por sua vez, são estruturas planas que geralmente encontram-se submetidas a carregamentos 6 Chapecó, 28 de Julho de 2020 perpendiculares ao seu plano. Esse sistema estrutural, é composto por um sistema de vigas, que podem ou não estarem perpendiculares entre si que se interceptam e por sua vez devem estar ligada nesses pontos de interseção. As grelhas, portanto são elementos estruturais lineares que funcionam como “vigas”, locadas de forma conjunta em um mesmo plano de forma cruzada (oblíqua) ou cruzada (quadrada) tendo como resultado final uma malha diagonal ou ortogonal capaz de receber esforços não considerados coplanares, ou seja, aqueles que não encontram-se no mesmo plano no qual a grelha está locada, sendo assim, tem-se que as grelhas resistem à esforços perpendiculares a seu plano. Figura 05. Grelha Ortogonal e Grelha Diagonal. Fonte: DIAS, Ricardo Henrique. Sistemas estruturais para grandes vãos em pisos e a influência na concepção arquitetônica. 2004. Seu uso encontra-se ligado à pisos de edificações, bem como superestruturas de vigas. As barras utilizadas para a formação das grelhas estão submetidas a três esforços, sendo eles cortantes, momentos fletores e momentos torsores. Nas estruturas podem ser encontradas diversas tipologias de grelhas, sendo as mais usuais as de lajes planas (lajes convencionais), grelhas de lajes nervuradas e grelhas somente de vigas, em casos onde não existe a previsão de lajes, como ocorre em fundações convencionais por exemplo, onde ocorrem apenas as vigas de baldrame da edificação. 06. Pórticos. Os pórticos nas estruturas (concreto armado, madeira, metálicas), são estruturas planas e lineares que são criados a partir da distribuição de pilares e vigas, comumente. São capazes de resistir à maioria dos esforços solicitantes na estrutura como esforços normais, cortantes e principalmente de flexão e ocorrem na estrutura através da repetição dos elementos de forma continua desencadeando uma estruturação hiperestática. De maneira geral, tem-se a caracterização das seguintes tipologias de pórticos, os de alma cheia e os pórticos treliçados, os pórticos com coluna central, pórtico atirantado com pendurais e pórtico em arco. 7 Chapecó, 28 de Julho de 2020 Os pórticos mais comuns usados no dia a dia são os pórticos de alma cheia e os pórticos em arco. Os pórticos de alma cheia são vinculados a conterem duas águas, ou seja, caimentos simétricos em ambas as suas direções, sendo considerados estruturas simples, mas que entretanto fornecem a possibilidade de criação de estruturas com vãos livres que variam de 10 a 45m e permitem alturas de 4 a 12m, variando a disposição de seus apoios de 6 em 6 metros, chegando a conter espaçamentos de até 12m, ou seja, apesar de simples, garante a possibilidade de elementos extremamente grandes e rígidos. Sua inclinação pode ficar entre 5 e 20%. Já os pórticos em arco são excelentes opções para questões estéticas por exemplo, porém contem características muito semelhantes estruturalmente falando em comparação ao de alma cheia. Figura 06. Pórtico em Arco. Figura 07. Pórtico de Alma Cheia. Fonte: Full Estruturas. 07. Vigas Vierendeel. A viga Vierendeel possui como seu principal fundamento e diferença em comparação às treliças por exemplo, a auxência de barras dispostas em diagonal, dessa forma conta apenas com estruturação a partir de seus eixos verticais, todavia sua característica comum à treliça encontra-se vinculado ao seu sistema de rigidez formado por barras e nós. Entrando em seu contexto histórico, tem-se que esse sistema surgiu em meados de 1986, desenvolvido por Arthur Vierendeel, que buscava desenvolver um sistema novo para a construção de pontes e a partir de seus estudos conclui que pontes em arco eram alvo de custos muito elevados, e que as pontes suspensas eram ineficazes, sendo assim, seu sistema construtivo veio à amenizar essas problemáticas através de arcadas simples e/ou duplas. A partir da retiradas dos eixos diagonais, comumente usados, gerou-se uma economia em torno de 15 à 25% do aço que seria usado no desenvolvimento de estruturas com vigas, sendo assim, desencadeava uma série de outros processos positivos como, mão de obra, área de superfície de aço menor exposta as ações do tempo por exemplo.