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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.estudado, com modelos de
dimensionamento bem resolvidos, pelo menos para os casoa
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.
Os tipos mais comuns são os blocos sobre estacas, as sapatas de
fundação direta, e os tubulões. Cada um desses tipos pode ainda ter vários
arranjos, com diferentes formas e capacidades de carga.
Fig. 7- Exemplo de fundações
c) elementos estruturais complementares: escadas, caixas d'água e
muros de arrimo.
São aqueles elementos que fazem parte da construção, mas não são parte
integrante do esqueleto estrutural.
Compreendem todos os outros elementos estruturais da construção, e
possuem tipologias variadas e funções específicas dentro do edifício.
Podem ter diferentes geometrias e esquemas estáticos, mas em geral
resultam da combinação adequada dos elementos estruturais básicos.
Fig.8- Exemplo de escada em planta e cortes
d) São considerados elementos especiais: cascas, folhas, paredes.
Podem ser parte das construções, ou podem ainda se constituir em
edificações isoladas, com objetivos determinados.
Assim, são considerados elementos especiais reservatórios,
coberturas de grandes vãos, etc., geralmente projetados com elementos
estruturais diferentes, como as cascas e as folhas poliédricas.
Fig.9- Alguns exemplos de estruturas especiais
Fig.10- Elementos estruturais em um edifício
3.2. A escolha do Sistema Estrutural
A palavra chave dessa escolha é experiência, pois devem ser levadas em
conta muitas variáveis, tais como custo, segurança, funcionalidade e
estética.
O custo de uma estrutura convencional equivale de 15 a 20% do custo
total da obra. Para vãos maiores o custo relativo sobe. Em ginásios, salas
de espetáculo, etc, o custo da estrutura é o principal fator a ser
considerado.
É preciso ainda haver boa coordenação entre o sistema de circulação, o
sistema mecânico, e o sistema estrutural.
O sistema estrutural deve resistir a cargas verticais (os pórticos
usuais devem resistir ao peso próprio e a sobrecargas de utilização), e a
cargas horizontais (as paredes estruturais devem resistir ao vento e a
terremotos).
Geralmente exige-se ainda resistência ao fogo para poços de escada e
elevadores, gerando sua incorporação ao sistema existente.
Etapa 1-O Projeto Estrutural
Deve conter os elementos estruturais capazes de suportar com
segurança um conjunto de cargas, sem exceder a resistência dos materiais.
São etapas do projeto estrutural:
-concepção estrutural
-análise estrutural
-síntese estrutural
-dimensionamento e detalhamento
-desenho
Etapa 2-Segurança
A estrutura deve garantir a segurança contra os estados limites
últimos, ou seja, a ruína do concreto ou deformação plástica excessiva do
aço, bem como a segurança em relação aos estados de serviço, como os
relativos a fissuração, flechas e vibrações excessivas.
Cada peça estrutural passa por diferentes etapas, envolvendo os
métodos de cálculo, e os métodos construtivos, bem como por uma análise das
implicações econômicas, funcionais e estéticas da construção como um todo.
Etapa 3-Concepção Estrutural
É a idealização de um arranjo estrutural, fruto de um conhecimento do
comportamento das partes da estrutura.
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.azem das vigas, reforçando os elementos estruturais em caso de
grandes orif evitando que dutos e tubulaçoes como a antilizaçao
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
