Aula 4 - ESTRUTURAS-Sistemas estruturais-v2

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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE CONSTRUÇÃO CIVIL
PCC 2435 - Tecnologia da Construção de Edifícios I
Aula 8
Profs. Fernando H. Sabbatini, Francisco Ferreira 
Cardoso, Luiz Sergio Franco, Mercia M. B. Barros
2007
Sistemas estruturais
DEFINIÇÃO
Subsistema cuja função 
principal é fornecer suporte
para o edifício
Absorver e transmitir, para as 
fundações, todos os esforços
incidentes, com segurança
pré-definida. 
DEFINIÇÃO
Subsistema cuja função 
principal é fornecer suporte 
para o edifício
Absorver e transmitir para as 
fundações, todos os esforços
incidentes, com segurança pré-
definida. 
G A R
A N T
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EXIGÊNCIAS DE DESEMPENHO
�Segurança Estrutural
� Estabilidade Global e dos Elementos
� Resistência Mecânica
�Limitação de:
� Deformações
� Deslocamentos
� Fissuração
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EXIGÊNCIAS DE DESEMPENHO
�Resistência frente à ação do fogo
�Durabilidade
�Aspectos econômicos
� Custo inicial
� Custos de manutenção
�Depreciação
Elementos Lineares
�Barras - Pilares, vigas
�Treliças - barras articuladas
�Cabos - elementos reticulados não resistentes à flexão
Elementos Planos
�Placas
�Chapas
Elementos Espaciais
�Cascas
�Membranas 
�Blocos
CLASSIFICAÇÃO:CLASSIFICAÇÃO:CLASSIFICAÇÃO:CLASSIFICAÇÃO:CLASSIFICAÇÃO:CLASSIFICAÇÃO:CLASSIFICAÇÃO:CLASSIFICAÇÃO: FUNÇÃO DOS PRINCIPAIS FUNÇÃO DOS PRINCIPAIS FUNÇÃO DOS PRINCIPAIS FUNÇÃO DOS PRINCIPAIS FUNÇÃO DOS PRINCIPAIS FUNÇÃO DOS PRINCIPAIS FUNÇÃO DOS PRINCIPAIS FUNÇÃO DOS PRINCIPAIS 
ELEMENTOS RESISTENTESELEMENTOS RESISTENTESELEMENTOS RESISTENTESELEMENTOS RESISTENTESELEMENTOS RESISTENTESELEMENTOS RESISTENTESELEMENTOS RESISTENTESELEMENTOS RESISTENTES
CLASSIFICACLASSIFICAÇÃÇÃO:O: FUNFUNÇÃÇÃO DOS O DOS 
PRINCIPAIS ELEMENTOS RESISTENTESPRINCIPAIS ELEMENTOS RESISTENTES
Elementos lineares
(estrutura reticulada)
complementados por lajes
(elemento estrutural plano, de vedação horizontal)
pilares e vigas
Elementos reticulares: pilares e vigas
3
Estrutura ReticuladaEstrutura ReticuladaEstrutura ReticuladaEstrutura ReticuladaEstrutura ReticuladaEstrutura ReticuladaEstrutura ReticuladaEstrutura Reticulada CARACTERCARACTERÍÍSTICAS DAS ESTRUTURAS STICAS DAS ESTRUTURAS 
COM ELEMENTOS LINEARES (em barras)COM ELEMENTOS LINEARES (em barras)
�Dicotomia entre a estrutura e as 
vedações verticais
CONFLITOS 
• NA INTERFACE (desempenho)
• NO PROCESSO CONSTRUTIVO
Dicotomia – estrutura/vedação Momentos distintos de execução
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� A estabilidade estática é garantida pela 
resistência dos elementos lineares e pela 
RIGIDEZ DO CONJUNTO
� RIGIDEZ DO CONJUNTO é garantida por:
� Enrijecimento dos nós
� Contraventamentos (barras, chapas e 
placas)
� Núcleos de rigidez (poços de escada e 
elevador, etc.).
CARACTERCARACTERÍÍSTICAS DAS ESTRUTURAS STICAS DAS ESTRUTURAS 
COM ELEMENTOS LINEARES (em barras)COM ELEMENTOS LINEARES (em barras)
� A estabilidade estática é garantida pela 
resistência dos elementos lineares e pela 
RIGIDEZ DO CONJUNTO
� RIGIDEZ DO CONJUNTO é garantida por:
� Enrijecimento dos nós
� Contraventamentos (barras, chapas e 
placas)
� Núcleos de rigidez (poços de escada e 
elevador, etc.).
CARACTERCARACTERÍÍSTICAS DAS ESTRUTURAS STICAS DAS ESTRUTURAS 
COM ELEMENTOS LINEARES (em barras)COM ELEMENTOS LINEARES (em barras)
P R O J E T
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CLASSIFICACLASSIFICAÇÃÇÃO :O : TIPOLOGIA DOS TIPOLOGIA DOS 
ELEMENTOS RESISTENTES PRINCIPAISELEMENTOS RESISTENTES PRINCIPAIS
� Em elementos lineares (estrutura 
reticulada)
� Em elementos planos (placas e chapas)
CARACTERCARACTERÍÍSTICAS DAS ESTRUTURAS STICAS DAS ESTRUTURAS 
EM ELEMENTOS PLANOSEM ELEMENTOS PLANOS
�Elementos planos:
� Placas – ex. lajes (os 
carregamentos são 
perpendiculares ao plano médio)
�Chapas – ex. paredes, painéis (os 
carregamentos estão contidos no 
plano médio)
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Laje em concreto armado
Elementos planos - placas
Painéis pré-fabricados de 
Concreto Armado com função estrutural-portante -(Sistema Pedreira de 
Freitas)
Elementos planos - chapas
PAREDES MACIÇAS DE CONCRETO
Elementos planos - chapas
ALVENARIA ESTRUTURAL
Elementos planos - chapas
6
ALVENARIA 
ESTRUTURAL
Elementos planos - chapas
�Um mesmo elemento cumpre as 
funções de estrutura e de vedação 
vertical
�A estabilidade estática é garantida:
� pela resistência e arranjo das chapas
(paredes)
� pelo efeito diafragma das placas (lajes) e 
� pelo acoplamento monolítico de todos os 
elementos.
CARACTERCARACTERÍÍSTICAS DAS ESTRUTURAS STICAS DAS ESTRUTURAS 
EM ELEMENTOS PLANOSEM ELEMENTOS PLANOS
�Um mesmo elemento cumpre as 
funções de estrutura e de vedação 
vertical
�A estabilidade estática é garantida:
� pela resistência e arranjo das chapas
(paredes)
� pelo efeito diafragma das placas (lajes) e 
� pelo acoplamento monolítico de todos os 
elementos.
CARACTERCARACTERÍÍSTICAS DAS ESTRUTURAS STICAS DAS ESTRUTURAS 
EM ELEMENTOS PLANOSEM ELEMENTOS PLANOS
P R O J E T
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CLASSIFICACLASSIFICAÇÃÇÃO :O : TIPOLOGIA DOS TIPOLOGIA DOS 
ELEMENTOS RESISTENTES PRINCIPAISELEMENTOS RESISTENTES PRINCIPAIS
� Em elementos lineares (estrutura reticulada)
� Em elementos planos (placas e chapas)
� Outras – vetores ativos (espaciais, treliçadas),
pneumáticas, cascas (superfícies curvas),
pênseis (por cabos), etc.
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Treliças espaciais Treliças espaciais
Treliças espaciais Casca de alvenaria cerâmica
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Casca de alvenaria cerâmica Casca de concreto armado
Estruturas Estaiadas
Subsistema Estruturas – CLASSIFICAÇÃO
Estrutura de membrana - tecido
Elementos espaciais – membranas
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� Por montagem
�acoplamento mecânico, a seco
CLASSIFICACLASSIFICAÇÃÇÃO:O: QUANTO AO QUANTO AO 
PROCESSO DE PRODUPROCESSO DE PRODUÇÃÇÃOO
Boxes Pré-fabricados 
de Concreto Armado 
com função 
estrutural-Construção 
pós-guerra ( Europa)
acoplamento 
mecânico, a 
seco
acoplamento mecânico, a seco acoplamento mecânico, a seco
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acoplamento mecânico, a seco
acoplamento mecânico, a seco
� Por montagem
�acoplamento mecânico, a seco
� Por moldagem no local
�a úmido
CLASSIFICACLASSIFICAÇÃÇÃO :O : QUANTO AO QUANTO AO 
PROCESSO DE PRODUPROCESSO DE PRODUÇÃÇÃOO
moldagem no local: a úmido
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moldagem no local: a úmido
moldagem no local: a úmido
� Por montagem
�acoplamento mecânico, a seco
� Por moldagem no local
�a úmido
� Por moldagem e montagem no 
local
CLASSIFICACLASSIFICAÇÃÇÃO :O : QUANTO AO QUANTO AO 
PROCESSO DE PRODUPROCESSO DE PRODUÇÃÇÃOO
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�por moldagem e montagem no localpor moldagem e montagem no localpor moldagem e montagem no localpor moldagem e montagem no local
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�Madeira
�Aço
�Alvenaria (de bloco de concreto, 
cerâmica, sílico-calcária, etc...)
�Concreto (armado, protendido, 
com fibras, etc...)
CLASSIFICACLASSIFICAÇÃÇÃO :O : QUANTO AOS QUANTO AOS 
MATERIAISMATERIAIS
YINGXIAN PAGODA
CHINA
Construído em 1056
61 m de altura
Mais alta estrutura 
totalmente em madeira 
Estrutura de Madeira
Classificação
Subsistema Estruturas – CLASSIFICAÇÃO
Quanto aos materiais utilizados
Estruturas em madeira
Estrutura de Madeira
�Ediícios de baixa capacidade de carga
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Estruturas de Madeira
�Estruturas de coberturas
Estruturas de Madeira
�Habitações de lazer 
de alto padrão
Estrutura de Madeira
�Uso restrito no Brasil
� Não tem tradição de uso
� Disponibilidade variável em 
função da região
� Baixo desenvolvimento 
setorial
Estruturas de Madeira
�Uso restrito no Brasil
� Inexistência de financiamento 
dos órgãos públicos
�Política de reflorestamento 
inadequada
�Exigência de elevado nível de 
industrialização
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Estruturas de Madeira
�Limitações
� Necessidade de 
tratamento
� Suscetibilidade a incêndio
� Exigência de grande área 
para estocagem
Estruturas de Madeira
�Limitações
� Mão-de-obra especializada 
para produção e montagem
� Legislação restritiva
Seguro Alto
Estruturas de Madeira
�Vantagens
� Uso de ferramentas manuais
� Equipamentos para transporte de 
pequeno porte
� Prazo de execução curto
� Baixo custo
Estruturas de Aço
�Elevada resistência mecânica
Elevado potencial de utilização em
EDIFÍCIOS ALTOS
18
Cristal Palace 1851-1936
610x135m x 36m altura
Projetado em 8 dias e 
Construído em 17 semanas 
4500 ton de ferro fundido
100.000 m² de vidros
Empire State 1931
412,5 m altura
Construído em 18 meses
Por 42 anos maior edifício
57.000 ton de aço
Estruturas de Aço Estruturas de Aço
�Grande Flexibilidade
�Otimização da 
construção
� Edifícios altos 
� Suscetibilidade a 
incêndio
Estruturas de Aço
�Brasil
� Uso Restrito
Edifícios
Comerciais
Estruturas de Aço
�Brasil
� Uso Restrito
Edifícios
habitacionais de 
pequeno porte
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acoplamento mecânico, a seco
Steel Frame Steel Frame
Estruturas de Aço
�Limitações
�Não existe tradição construtiva
�Precária divulgação do 
material
�Normalização deficiente
�Uso de normas internacionais
Estruturas de Aço
�Limitações
� Mão-de-obra especializada
� Equipamentos pesados 
para montagens
� guindastes, máquinas de 
solda
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�Limitações:
�Competitividade de custo 
depende do prazo de execução 
do edifício
�Necessidade de investimento 
na racionalização global do 
edifício – visão sistêmica
Estruturas de Aço Estruturas de Aço
�Elevado potencial de racionalização
Estruturas de Aço
�Elevado potencial de racionalização
�Detalhamento prévio do projeto
�Ausência de decisões em canteiros
� Concentração das atividades em 
fábrica
�Apenas montagem no canteiro
� Padronização de componentes
Estruturas de Aço
�Elevado potencial de racionalização
�Detalhamento prévio do projeto
�Ausência de decisões em canteiros
� Concentração das atividades em 
fábrica
�Apenas montagem no canteiro
� Padronização de componentes
C a n t e
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p o 
M a i o r
 O r g a
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M e n o r
 p r a z o
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21
Alvenaria Estrutural
�Grande potencial de racionalização
ESTRUTURA 
+ 
VEDAÇÃO
Alvenaria Estrutural
� Inicialmente: associado à construção 
de habitações de interesse social
Alvenaria Estrutural
�Edifícios de baixa altura
�Edifícios de médio porte
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�Edifícios de 
médio porte
�Edifícios de médio porte
�Edifícios de padrão médio
�Edifícios de 
padrão médio-
alto, com 
restrições de 
modificações da 
unidade
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Alvenaria Estrutural: Mão-de-obra
� tradicional da construção civil; 
devidamente treinada
Elevada 
produtividade
Utilização equipamentos tradicionais
Alvenaria Estrutural
�Desenvolvimento do 
processo construtivo e de 
produção
� Projeto Modulado
�Detalhamento 
construtivo
PROJETO PARA 
PRODUÇÃO
Alvenaria Estrutural
PROJETO PARA 
PRODUÇÃO
Ausência quase total de resíduo
Instalações junto com a estrutura
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Alvenaria Estrutural
�Custo competitivo com o concreto 
armado
�Regularidade superficial
Revestimento de 
pequena espessura
Alvenaria Estrutural: Limitações
� Edifícios de média altura
� Baixa possibilidade de alteração 
da arquitetura
� Necessidade de integração com 
outros subsistemas
� Necessidade de componentes de 
alvenaria com características 
adequadas
Estruturas em Concreto
Protendido
�Empregado no Brasil desde a 
década de 50
�Obras de grande porte
�Edifícios comerciais
�Necessidade de grandes vãos
�Grande Flexibilidade
Atualmente: uso em lajes planas 
com grande vão
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CONCRETO PROTENDIDO: uso em lajes 
planas com grandevão
�Vantagens 
� Grande flexibilidade de leiaute;
� Racionalização do sistema de 
fôrmas
� Possibilidade de maior 
organização do processo.
CONCRETO PROTENDIDO: uso em lajes 
planas com grande vão
�Limitações 
� Mão-de-obra especializada 
� Diversidade de materiais a 
serem estocados e 
controlados
CONCRETO PROTENDIDO: uso em lajes 
planas com grande vão
�Limitações 
� Equipamentos especiais
�Macacos de protensão
CONCRETO PROTENDIDO: uso em lajes 
planas com grande vão
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CONCRETO 
PROTENDIDO: uso 
em estruturas pré-
fabricadas
CONCRETO PROTENDIDO: uso em 
estruturas pré-fabricadas
�Limitações
�Menor flexibilidade arquitetônica
� Vãos médios (aprox. 10m)
� Pequenas alturas (aprox. 25m)
� Alto custo
Edifícios industriais 
e comerciais
CONCRETO PROTENDIDO: uso em 
estruturas pré-fabricadas
�Vantagens
� Mão-de-obra tradicional da 
construção civil no canteiro
� Confere maior limpeza e 
organização ao canteiro de obras
� Prazo de execução curto
CONCRETO PROTENDIDO: uso em 
estruturas pré-fabricadas
27
Estruturas em Concreto Armado
Moldado 
no local
Material 
mais 
utilizado
Estruturas em Concreto Armado
Moldado 
no local
Estrutura 
reticulada com 
vedação de 
alvenaria
Médio prazo de execução
Classificação: Classificação: Classificação: Classificação: Classificação: Classificação: Classificação: Classificação: materiais materiais materiais materiais materiais materiais materiais materiais constituconstituconstituconstituconstituconstituconstituconstituintesintesintesintesintesintesintesintes
Concreto ArmadoConcreto ArmadoConcreto ArmadoConcreto Armado
Estruturas em Concreto Armado
Vantagens
�Mão-de-obra tradicional da 
construção civil
�Equipamentos tradicionais
�Grande flexibilidade
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Estruturas em Concreto Armado
�Material mais utilizado e estudado
Objeto deste curso
Estruturas de Alvenaria
Estrutural
Estruturas de Aço
Disciplinas
Optativas
Estruturas em Concreto Armado
�Custos do Edifício
Estrutura em
concreto armado
9 a 19%
Todos os demais
serviços
Estruturas em Concreto Armado
�Custos
Forma
Armadura
Concreto
35 a 50%
30 a 40%
30 a 35%
EXERCÍCIO
1. Analisando o orçamento de uma obra de 
um Centro Comercial de 40.000 m2, 
executado em estrutura pré-moldada de 
concreto protendido, observou que o custo 
por m3 dessa estrutura é muito superior 
ao custo do concreto armado 
convencional, que a empresa aplica na 
maioria das suas obras. Seria interessante 
sugerir a mudança de tipologia para 
diminuir o custo da obra? Explique
29
EXERCÍCIO
2. Nas fases iniciais do planejamento da 
execução de um edifício residencial em 
estrutura convencional em concreto 
armado, vedações em alvenaria, e 
revestimentos argamassados; sua 
empresa recebeu uma proposta 
comercialmente vantajosa, para utilizar 
uma estrutura metálica. Que outros 
cuidados ou parâmetros devem ser 
também analisados para avaliar a 
proposta feita?
EXERCÍCIO
3. A empresa em que você trabalha está
pensado em utilizar a alvenaria estrutural 
em um de seus edifícios habitacionais de 
múltiplos pavimentos, pois foi convencida 
de que o processo possui diversas 
vantagens. Que características gerais 
devem ter o edifício e seu processo de 
produção para que essas vantagens 
realmente se verifiquem?