Sistemas Estruturais Basicos - Cabo

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Sistemas Estruturais Básicos
AGENDA:
• Introdução
• Cabo
• Arco
• Treliça
• Viga e Pilar
Referencias consultadas:
As notas de aula aqui apresentadas foram elaboradas com base na 
referencias listadas abaixo:
• REBELLO, Y. C. P. Concepção estrutural e arquitetura. São Paulo: 
Zigurate, 2000.
Sistemas Estruturais Básicos - Introdução
• O estudo dos sistemas estruturais básicos aqui apresentado será
baseado nos seguintes pontos:
• Comportamento
• Materiais e seções mais usuais para a sua execução
• Condições de aplicação
• Limites de utilização
• Pré-dimensionamento
O pré-dimensionamento dos sistemas estruturais é feito recorrendo a
gráficos que foram elaborados pelo prof. Philip A. Corkill da
Universidade de Nebraska e reproduzidos na referencia: REBELLO, Y. C.
P. Concepção estrutural e arquitetura. São Paulo; Zigurate, 2000.
Fonte: REBELLO, Y. C. P. Concepção estrutural e arquitetura. São Paulo; Zigurate, 2000.
Sistemas Estruturais Básicos - Introdução
Nesses gráficos as abscissas correspondem a valores de uma das variáveis,
tais como, vãos, quando se trata de estruturas como cabos, arcos, treliças e
vigas, ou números de pavimentos ou altura não travadas, quando se trata
de pilares.
Nas ordenadas estão os valores correspondentes a resposta do pré-
dimensionamento, como: flecha do cabo, altura da seção do arco, da
treliça e viga, ou a dimensão mínima de um dos lados da seção do pilar.
Os gráficos apresentam uma região como resposta, contida entre duas
linhas, uma superior e outra inferior para os valores do pré-
dimensionamento.
Fonte: REBELLO, Y. C. P. Concepção estrutural e arquitetura. São Paulo; Zigurate, 2000.
Sistemas Estruturais Básicos - Cabo
Fonte: REBELLO, Y. C. P. Concepção estrutural e arquitetura. São Paulo; Zigurate, 2000.
• Comportamento
O cabo é uma barra cujo o comprimento é tão predominante em
relação à sua seção transversal que se torna flexível, ou seja, não
apresenta rigidez nem à compressão nem à flexão. Logo, o Cabo só
apresenta resistência quando tracionado.
Quando o esforço de tração é o mais favorável pode resultar em
elementos estruturais esbeltos, portanto leves. Portanto os cabos são
usados em estruturas suspensas ou penseis e estaiadas, estruturas que
podem vencer grandes vãos e com pequeno consumo de material.
Sistemas Estruturais Básicos - Cabo
• Comportamento: Exemplos de aplicação
Sistemas Estruturais Básicos - Cabo
Fonte: REBELLO, Y. C. P. Concepção estrutural e arquitetura. São Paulo; Zigurate, 2000.
• Comportamento
Para entender o comportamento de um
cabo considere o modelo ao lado, composto
por um fio e que tenha anéis extremos e
presos a uma barra rígida.
Suponha que esse fio seja carregado em
ponto médio por um peso P qualquer. A
tendência é que os anéis escorreguem sobre
a barra até se juntarem na mesma vertical
do peso
Sistemas Estruturais Básicos - Cabo
Fonte: REBELLO, Y. C. P. Concepção estrutural e arquitetura. São Paulo; Zigurate, 2000.
• Comportamento
Fixando os anéis em um ponto qualquer da
barra, o cabo adquiri uma forma triangular.
Nessa posição, chama-se flecha do cabo a
altura do triangulo formado.
Se alterar a posição e/ou a quantidade de
cargas, o cabo apresentará formas
diferentes, ou seja uma forma de equilíbrio
diferente, por exemplo o trapézio como
mostrado ao lado.
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Fonte: REBELLO, Y. C. P. Concepção estrutural e arquitetura. São Paulo; Zigurate, 2000.
• Comportamento
Quando as cargas forem iguais e igualmente
espaçadas em relação a horizontal, o cabo
apresentará a forma de uma parábola do
segundo grau. E para o carregamento do
peso próprio do cabo, a curva será
ligeiramente diferente da parábola e se
chamará de catenária.
As diversas formas que o cabo adquire em função de um
carregamento denomina-se funiculares das forças que atuam no
cabo, ou seja, o caminho que as forças percorrem ao longo do cabo
até chegar aos seus apoios.
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Fonte: REBELLO, Y. C. P. Concepção estrutural e arquitetura. São Paulo; Zigurate, 2000.
• Comportamento
Como o cabo só admite esforço de tração,
devido às suas condições de rigidez, conclui-
se que as forças ao longo do seu
comprimento são sempre de tração.
Para um determinado carregamento e vão, a
força horizontal necessária para dar o
equilíbrio ao cabo aumenta com a
diminuição da flecha.
Quando um cabo apresenta uma flecha pequena é mais solicitado e
requer uma maior seção, por outro lado, tem um comprimento
menor. Se a flecha for grande será menos solicitado, logo terá uma
seção menor, mas em compensação um comprimento maior.
Sistemas Estruturais Básicos - Cabo
Fonte: REBELLO, Y. C. P. Concepção estrutural e arquitetura. São Paulo; Zigurate, 2000.
• Comportamento
Para que se resulte num cabo com menor volume de
material, deve-se atender a relação Flecha x Vão do
cabo e que dependo do tipo de carregamento fique
entre os seguintes limites
O cabo é um sistema estrutural que não apresenta uma forma
permanente, tendendo sempre a adquirir a forma diretamente ligada a
posição, direção, sentido, quantidade e intensidade das forças que atuam
sobre ele, logo, um cabo torna-se uma estrutura pouco estável quando
sujeito a variações no carregamento, como é o caso de cargas variáveis,
principalmente os ventos. Aqui gerando problemas de vibração e de fadiga
do material para o sistema estrutural do cabo.
Conclui-se que o Cabo é um sistema estrutural que para se estável deverá
estar sempre associado a outros sistemas estruturais.
Sistemas Estruturais Básicos - Cabo
Fonte: REBELLO, Y. C. P. Concepção estrutural e arquitetura. São Paulo; Zigurate, 2000.
• Materiais e seções usuais
Como o cabo está sujeito apenas a esforços de tração simples,
qualquer material que apresente boa resistência a esse tipo de esforço
pode ser utilizado. E o aço estrutural, principalmente os aços de alta
resistência, é um dos materiais mais indicado.
Em relação as seções usuais, a seção circular plena é a mais indicada
para utilização nos cabos devido a boa resistência a esforços de tração.
Sistemas Estruturais Básicos - Cabo
Fonte: REBELLO, Y. C. P. Concepção estrutural e arquitetura. São Paulo; Zigurate, 2000.
• Aplicações e limites de utilização
O cabo de aço quando submetido apenas ao seu peso próprio pode
vencer um vão de aproximadamente 30km. Apesar dessa virtude, o
cabo apresenta como desvantagens a absorção do empuxo horizontal e
sua instabilidade de forma quando submetido a variações de
carregamentos.
A absorção dos empuxos pode ser feita por pilares livres ou atirantados.
Em ambos os casos, os esforços são transmitidos para a fundação, onde
são absorvidos por elementos muitos pesados e caros.
O pilar com grandes dimensões para resistir aos
grandes esforços de compressão e flexão causados
pelos empuxos do cabo.
Pilar mais econômico pois o esforço do empuxo é
absorvido por outro cabo – Tirante que liga a cabeça
do pilar à fundação.
Sistemas Estruturais Básicos - Cabo
Fonte: REBELLO, Y. C. P. Concepção estrutural e arquitetura. São Paulo; Zigurate, 2000.
• Pré-dimensionamento