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Concepção Estrutural de Edifícios 5 Elementos estruturais de fundação São elementos tridimensionais que transferem ao solo as cargas provenientes dos pilares, considerando as características mecânicas envolvidas. As fundações podem ser classificadas em: • diretas ou rasas quando a transferência de carga se der a pequena profundidade. Neste caso, o elemento estrutural de fundação que distribui a carga do pilar para o solo chama-se sapata direta; • profundas em estacas ou em tubulão, quando a transferência de carga se der a “grande” profundidade. Neste caso, o elemento estrutural de fundação que transfere a carga do pilar para as estacas ou tubulões chama-se bloco. Figura 3.2 - Elementos de fundação Elementos estruturais complementares São os elementos estruturais que completam a estrutura do edifício e que, normalmente, são formados por uma combinação dos elementos estruturais básicos. escadas, caixa d’água, muro de arrimo, vigas-paredes,... Concepção Estrutural de Edifícios 6 Concepção estrutural Estabelecimento de um arranjo adequado dos vários elementos estruturais anteriormente definidos, de modo a assegurar que o mesmo possa atender às finalidades para as quais ele foi projetado. Consiste em atender simultaneamente, sempre que possível, aos aspectos de segurança, economia (custo e durabilidade) e aqueles relativos ao projeto arquitetônico (estética e funcionalidade). Na concepção estrutural é importante considerar o comportamento primário dos elementos estruturais: • laje elemento plano bidimensional, apoiado em seu contorno nas vigas, constituindo os pisos dos compartimentos; recebe as cargas do piso transferindo-as para as vigas de apoio; • viga elemento de barra sujeita a flexão, apoiada nos pilares e, geralmente, embutidas nas paredes; transfere para os pilares o peso da alvenaria apoiada diretamente sobre ela e as reações das lajes; • pilares elementos de barra sujeita a compressão, fornecendo apoio às vigas; transfere as cargas para as fundações. Concepção Estrutural de Edifícios 7 Diretrizes gerais • atender às condições estéticas definidas no projeto arquitetônico; como, em geral, nos edifícios correntes, a estrutura é revestida, procura-se embutir as vigas e os pilares nas alvenarias; • o posicionamento dos elementos estruturais na estrutura da construção pode ser feito com base no comportamento primário dos mesmos; as lajes são posicionadas nos pisos dos compartimentos para transferir as cargas dos mesmos para as vigas de apoio; as vigas são utilizadas para transferir as reações das lajes, juntamente com o peso das alvenarias, para os pilares de apoio (ou, eventualmente, outras vigas), vencendo os vãos entre os mesmos; e os pilares são utilizados para transferir as cargas das vigas para as fundações; • a tranferência de cargas deve ser a mais direta possível; deve-se evitar, na medida do possível, a utilização de apoio de vigas importantes sobre outras vigas (chamadas apoios indiretos), bem como, o apoio de pilares em vigas (chamadas vigas de transição); • os elementos estruturais devem ser os mais uniformes possíveis, quanto à geometria e quanto às solicitações; as vigas devem, em princípio, apresentar vãos comparáveis entre si; • as dimensões contínuas da estrutura, em planta, devem ser, em princípio, limitadas a cerca de 30 m para minimizar os efeitos da variação de temperatura ambiente e da retração do concreto; em construções com dimensões em planta acima de 30 m, é desejável a utilização de juntas estruturais ou juntas de separação que decompõem a estrutura original, em um conjunto de estruturas independentes entre si, para minimizar estes efeitos; • a construção está sujeita a ações (por exemplo o efeito do vento) que acarretam solicitações nos planos verticais da estrutura; estas solicitações são, normalmente, resistidas por “pórticos planos”, ortogonais entre si, os quais devem apresentar resistência e rigidez adequadas; para isso, é importante a orientação criteriosa das seções transversais dos pilares; também, é importante lembrar, a necessidade da estrutura apresentar segurança Concepção Estrutural de Edifícios 8 adequada contra a estabilidade global da construção, em geral, conseguida através da imposição de rigidez mínima às seções transversais dos pilares. Pré-dimensionamento dos elementos estruturais Lajes São, normalmente, de forma retangular de lados x e y ≥ x (vãos teóricos correspondentes às distâncias entre os eixos das vigas opostas de apoio da laje). Os tipos usuais são: maciça, cogumelo, nervurada e mista (aqui incluída a laje de vigotas premoldadas). Apresentam-se, a seguir, as regras para as lajes maciças usuais de edifícios sujeitas a cargas distribuidas uniformes. A espessura da laje (h) pode ser estimada em h ≅≅≅≅ 2,5% x . Recomenda-se a adoção de espessuras mínimas em função do uso da laje: 5 cm para lajes de forro; 7 cm para lajes de piso; 12 cm para lajes sujeitas a passagem de veículos. Essas espessuras mínimas sugerem vãos mínimos. Assim, para lajes maciças de piso tem-se, em princípio, x ≥ 0,07 / 0,025 = 2,8 m. Costuma-se adotar espessuras inteiras em cm (7 cm, 8 cm, etc.). Pode-se ter paredes construidas diretamente sobre a laje, principalmente quando estas paredes são pequenas e leves (paredes internas). Esta situação ocorre em compartimentos pequenos. Concepção Estrutural de Edifícios 17 A seção do pilar deve ser mantida constante ao longo de um lance (entre pisos consecutivos) e pode variar ao longo de sua altura total. Esta variação pode ser feita a cada grupo de 2 ou 3 andares. Quando, por qualquer motivo, a seção for mantida constante ao longo da altura total, ela pode ser predimensionada no ponto mais carregado, adotando-se σσσσadm em torno de 1,3 kN/cm2. Em princípio, adotam-se para as dimensões do pilar, múltiplos de 5 cm (20 cm, 25 cm, etc.). As seções dos pilares devem ser posicionadas de modo a resistir aos esforços horizontais (provocados, por exemplo, pelo vento, temperatura, etc) e a garantir uma rigidez horizontal adequada, principalmente, contra a instabilidade global da construção. Particularmente, em edifícios altos, recomenda-se a utilização de alguns pilares com a função de garantir a estabilidade da estrutura. Estes, constituem os pilares de contraventamento. Concepção Estrutural de Edifícios 18 Esquema da estrutura É o resultado gráfico da concepção estrutural imaginada. Convem identificar todos os elementos estruturais envolvidos. Nessas condições: • as lajes são representadas pela letra L com índice numérico sequencial e ordenado de modo a facilitar a sua localização; • as vigas, de modo análogo, são representadas pela letra V; • os pilares, de modo análogo, são representados pela letra P. Figura 4.10 - Esquema da estrutura Concepção Estrutural de Edifícios 19 Desenhos de Estrutura Figura 5.1 - Planta de arquitetura do andar tipo A representação gráfica da estrutura é feita por meio de dois tipos de desenho: • desenho de forma; • desenho de armação. Concepção Estrutural de Edifícios 20 Desenho de Formas Os desenhos de formas definem completamente as características geométricas da estrutura. As diretrizes específicas para a elaboração destes desenhos são: • locação da estrutura a locação consiste na definição de eixos de referência, principais e secundários, em relação aos quais a estrutura se posicionaráobservando, rigorosamente, as medidas prescritas no projeto arquitetônico. Os eixos de locação da estrutura são, em geral, eixos característicos da construção e as divisas do terreno onde a mesma será implantada. Isto permitirá que, pronta a estrutura, as vedações e os acabamentos da construção possam ser implantados exatamente nos locais previstos no projeto arquitetônico; • definição dos elementos estruturais com base no esquema da estrutura são detalhados todos os elementos estruturais; • cortes característicos na elaboração dos desenhos de formas, é importante que sejam bem definidas as posições relativas das lajes e vigas. Esses cortes, portanto, mostram a existência de lajes rebaixadas e vigas invertidas;
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