Capitulo07 - jorge verticais

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Capítulo 07: Sistemas Verticais
QUESTÃO 01
Por que as edificações verticais são mais caras que as edificações horizontais? Por que mesmo assim elas continuam a ser construídas?
As edificações verticais são mais caras porque apresentam custos adicionais de estruturação, sistemas de circulação vertical (elevadores), sistema de segurança contra incêndio (escadas enclausuradas, redes de sprinklers*) e fachadas especiais (pois, estas devem resistir ao vento!). Entretanto, o elevado custo do m² de terreno em regiões com alta concentração urbana, acaba tornando compensadora a construção de edificações verticais. Além disso, ao construir grandes edifícios verticais, estes podem reverter a tendência decadente de algumas zonas centrais de grandes cidades (Nova York, São Paulo...).
-sprinklers: também chamados de bicos ou chuveiros automáticos, são dispositivos dotados de elemento termossensível, que colocados sobre a àrea a ser protegida, permitem a passagem da água para controle ou extinção dos incêndios, espargindo-a, quando a temperatura alcança o valor nominal pré-determinado para funcionamento.
QUESTÃO 02
Como se classificam os carregamentos que atuam sobre as estruturas de edifícios altos?
Os carregamentos podem ser classificados como gravitacionais ou horizontais. As cargas gravitacionais são oriundas do peso próprio da estrutura, das cargas mortas lançadas em cada pavimento (revestimentos, pisos, divisórias leves e alvenarias) e das sobrecargas de utilização.
	As cargas horizontais correspondem ao vento, aos sismos e aos choques de aeronaves. 
QUESTÃO 03
Quais as funções desempenhadas pelas estruturas de um edifício alto em relação às cargas gravitacionais e horizontais?
- Com relação às cargas gravitacionais:
Primeiro, as estruturas agrupam os carregamentos no pavimento nos pontos coletores de cargas (pilares). Normalmente isto é feito por meio de sistemas de massa ativa envolvendo lajes, vigas e grelhas. 
Depois, as estruturas agrupam as cargas de cada pavimento e realizam a condução destas para as fundações. Isto pode ser realizado através do esquema de transmissão direta no qual ocorre a acumulação crescente das cargas de cima para baixo com a continuidade dos pilares. 
Outra alternativa, é a utilização de esquemas de transmissão indireta nos quais as cargas sobem e depois descem ou são desviadas em transições.
- Com relação às cargas horizontais:
A reorientação das cargas horizontais para as fundações da edificação é realizada através das estruturas de contraventamento. Os sistemas de massa ativa (pórticos), vetor ativo (treliças) e forma ativa (paredes com curvatura) podem ser utilizados para o contraventamento. 
QUESTÃO 04
Como varia o peso da estrutura de um edifício alto com a altura, considerando do separadamente a massa estrutural destinada à estruturação piso, à transmissão vertical das cargas gravitacionais e à transmissão das cargas de vento?
	Esse gráfico (que será usado aqui para exemplificar a variação do peso estrutural de um edifício alto com a altura) foi construído para um modelo de um edifício com um pórtico de 5 vãos em estrutura de aço.
Por meio do gráfico, pode-se observar que para edifícios inferiores à 50 pavimentos o maior peso estrutural é voltado para á condução das cargas verticais. 
A partir de 50 andares, o gráfico mostra a ineficiência do sistema estrutural para transmissão de cargas horizontais pois, á medida que a altura do edifício cresce, o peso estrutural utilizado para conduzir as cargas horizontais aumenta. 
Em relação à massa estrutural destinada ao piso, percebe-se que esta é preponderante no peso estrutural responsável pela transmissão das cargas verticais. Além disso, para edifícios inferiores à 40 pavimentos, o maior peso estrutural corresponde ao da estruturação do piso. 
 QUESTÃO 05
Como tem evoluído a estruturação dos pisos dos edifícios verticais, no que se refere à colocação de vigas e vãos de lajes? Por que está ocorrendo esta evolução.
	Tem evoluído para estruturações com menos vigas e com maiores vãos de lajes. Além disso, já há o uso de lajes planas sem vigas. 
	Essa evolução esta ocorrendo pois há a necessidade de diminuir a mão de obra para executar a edificação já que esta, atualmente, encontra-se escassa. Ademais, tem-se procurado reduzir o tempo de obras o que é possível fazer utilizando-se menos fôrmas (no caso de vigas e pilares de concreto moldados in-loco) o que resulta no menor uso de travamentos laterais e menor ocorrência de imprecisões as quais necessitam ser corrigidas o que eleva o tempo de construção e aumenta o desperdício. O menor uso de fôrmas também implica em diminuição de gastos. 
	No caso de lajes planas sem vigas, além de todas as vantagens acima mencionadas, não há obstruções das vigas o que permite mudança de posição de paredes e torna o lay-out das edificações mais flexível.	
	
QUESTÃO 06
Explique as funções dos elementos básicos empregados na estruturação de edifícios (pilar, viga, laje). Como podem ser feitas as estruturações do piso de forma a aproveitar as características destes elementos? Quais os inconvenientes, para as lajes e vigas, de se não adotar essas soluções padrões?
-Lajes: são responsáveis pelo recebimento das cargas distribuídas de superfície (peso próprio da laje, revestimentos, piso e sobrecargas de utilização). Apoiam-se nas vigas, geralmente.
-Vigas: recebem cargas lineares (reações das lajes e cargas lineares oriundas de paredes e divisórias). Apoiam-se nos pilares, geralmente.
-Pilares: recebem as cargas das vigas. 
As estruturações do piso, para aproveitar as características dos elementos acima mencionados, devem ser realizadas de forma que, preferencialmente, as lajes sejam sempre apoiadas em vigas e estas sempre apoiadas em pilares. Deve-se, também, garantir que as lajes só receberão cargas de superfície; as vigas só receberão cargas lineares; e pilares só receberão cargas concentradas. 
Caso a estruturação do piso fuja do padrão, os elementos básicos sofrerão maiores solicitações e deformações. Por exemplo: uma laje apoiada por pilares sofrerá maiores solicitações e deformações do que se estivesse sendo apoiada por vigas, pois, a laje resiste melhor à carga distribuída de superfície do que à carga concentrada (oriunda da reação do pilar). E o mesmo ocorre a uma viga que apoia um pilar ou outra viga, pois, a viga resiste melhor à carga linear que à carga pontual.
QUESTÃO 07
Qual a vantagem do uso de lajes nervuradas em pisos de edifícios? Como elas podem ser executadas?
Lajes nervuradas são elementos estruturais que tem comportamento intermediário entre o de laje maciça e o de grelha, elas propiciam uma redução no peso próprio e um melhor aproveitamento do aço e do concreto. A redução do peso próprio se dá quando a zona tracionada é constituída por nervuras entre as quais pode ser colocado material inerte, que não colabora na resistência cuja a única função é a de substituir o concreto. 
Elas podem ser executadas in loco ou com nervuras pré-moldadas. Nas lajes moldadas no local, todas as etapas de execução são realizadas "in loco", portanto, é necessário o uso de fôrmas e de escoramentos, além do material de enchimento. Pode-se utilizar fôrmas para substituir os materiais inertes. Essas fôrmas já são encontradas em polipropileno ou em metal, com dimensões moduladas, sendo necessário utilizar desmoldantes iguais aos empregados nas lajes maciças. Na laje com nervuras pré-moldadas, as nervuras são compostas de vigotas pré-moldadas, que dispensam o uso do tabuleiro da fôrma tradicional. Essas vigotas são capazes de suportar seu peso próprio e as ações de construção, necessitando apenas de cimbramentos intermediários. Além das vigotas, essas lajes são constituídas de elementos de enchimento, que são colocados sobre os elementos pré-moldados, e também de concreto moldado no local. 
QUESTÃO 08
Qual a vantagem do sistema de lajes planas em pisos de edifícios? Quais os problemas decorrentes desta solução estrutural? Qual foi a técnica estruturalque minimizou alguns destes problemas e permitiu a disseminação das lajes planas? Por que isso aconteceu?
A vantagem do uso do sistema de lajes planas em pisos de edifícios é a ausência de obstrução das vigas, pois permite a mudança de posições de paredes e torna o layout das edificações mais flexível, além de garantir maior precisão para formas e há a precisão geométrica de fachadas, redução de desperdício com a correção de fachada e a redução do tempo de obras. As desvantagens que podem ser observadas no uso de lajes planas são a punção das lajes, que pode ser solucionado adotando-se uma espessura de laje adequada ou adotando uma armadura de punção, os deslocamentos tranversais das lajes e a estabilidade global do edifício.
A técnica estrutural adotada para disseminação do uso de lajes planas foi o uso de lajes planas nervuradas e protendidas, que melhorou sua eficiência, fazendo com que houvesse a crescente aplicação de lajes planas em estruturas de edifícios, já que há a exigência de estruturas com melhor desempenho executivo, ou seja, de execução mais simples e rápida e com redução de custos e melhor desempenho funcional e a maior facilidade na elaboração de projetos. 
QUESTÃO 09
Descreva os sistemas de lajes mais usados na estruturação de pisos de edifícios altos com estrutura metálica. Faça um croquis e explique como funciona o sistema steel deck.
Os sistemas de lajes mais usados em edifícios com estrutra metálica são o steel deck, que consiste em uma laje executada com formas metálicas incorporadas, lajes executadas com painéis de pré-laje pré-moldadas, treliçadas ou protendidas, onde não se faz necessário o uso de forma e escoramentos, e lajes maciças moldadas in loco.
O sistema de steel deck possui dupla função, como fôrma para concreto durante a construção e como armadura positiva durante de lajes para as cargas de serviço. O steel deck possui nervuras largas que permitem a utilização de conectores de cisalhamento (stud bolts), fazendo com que o aço e o concreto trabalhem solidariamente, sendo assim uma seção mista, e com as mossas aumenta-se a aderência, dispensando o uso de armadura nas lajes além de reduzir o peso da estrutura.
QUESTÃO 10
Quais as funções desempenhadas pelas paredes estruturais na condução de cargas verticais em edifícios altos? Como podem ser executadas estas paredes? Em que situações se emprega cada tipo de processo executivo.
As paredes estruturais exercem as mesmas funções que vigas e paredes na condução de cargas verticais nos edifícios. Em geral, edifícios altos e baixos, estas paredes podem ser feitas em alvenaria de blocos de concreto, como também podem ser executadas em concreto moldado in loco, em edifícios de pequena altura há a possibilidade de se executar em concreto pré-moldado também. 
QUESTÃO 11
Como podem ser distribuídos os pontos de coleta de cargas verticais dentro do pavimento de um edifício alto?
A disposição dos pontos de coleta de cargas verticais depende do uso do edifício, quando possível, é sempre desejável fazer a disposição de forma modular. No entanto, isso nem sempre é possível, muitas vezes pelo fato da arquitetura não ter sido desenvolvida de tal forma. Normalmente, edifícios residenciais não aceitam modularização, ao contrário de edifícios para escritório, garagens, shopping centers, hospitais, hotéis, etc. Quando possível a modulação é possível dispor os pilares distribuídos nos cruzamentos dos eixos modulares, com os pilares distribuídos no núcleo e periferia em balanço, com os pilares distribuídos só na periferia (mas isso é pouco provável) e com pilares distribuídos no núcleo e na periferia.
QUESTÃO 12
Quais são as formas de se transmitir as cargas dos pavimentos dos edifícios altos para as fundações?
Existem duas formas de transmissão das cargas dos pavimentos do edifício para as fundações, uma delas é a direta, onde as cargas são acumuladas em cada andar e acumuladas até a fundação, a outra é de forma indireta, quando as cargas são acumuladas de forma ascendente em tirantes e ancoradas em vigas na cobertura, ou pavimentos intermediários e depois para a fundação.
 
QUESTÃO 12 
Quais são as formas de se transmitir as cargas dos pavimentos dos edifícios altos para as fundações?
Podemos transmitir as cargas de maneira direta e/ou indireta:
- A forma mais simples de se agrupar as cargas até a fundação é mantendo a continuidade dos pilares acumulando as cargas de cima para baixo. Esse sistema é denominado de transmissão direta;
- Sistemas alternativos podem ser imaginados com a transmissão indireta, fazendo com que as cargas subam por tirantes e depois desçam da cobertura para baixo, criando espaços vazios ao longo da altura;
- Situações mistas também podem ser imaginadas com a transmissão direta em alguns trechos e indireta em outros.
	
	
	
	
QUESTÃO 13
Como é determinada a rigidez mínima das estruturas de contraventamento de um edifício alto? Porque este limite é adotado?
É determinada de maneira em que o deslocamento no topo de um edifício alto seja de no máximo H/500. Para um edifício de largura de fachada L, altura H e carga média de vento qv (tf/m²):
Este limite é adotado a fim de garantir conforto aos usuários, não causando sensação de instabilidade.
QUESTÃO 14
Quais são os tipos mais comuns de estruturas utilizadas na transmissão de cargas horizontais em edifícios altos?
As estruturas típicas são:
- Pilares em balanço: pilares parede; - Pórticos; - Associação de pórticos e pilares parede; - Treliças; - Tubos.
QUESTÃO 15
Considere um edifício com cinco pavimentos estruturado lateralmente em pórticos de dois pilares. Deduza a relação entre os deslocamentos horizontais de um pórtico típico, submetido a uma carga horizontal unitária no topo, para o caso de vigas muito flexíveis ou vigas muito rígidas. 
Para vigas muito flexíveis (sem rigidez – não impedem a rotação da extremidade do pilar):
Flecha máxima: 
Para edifício com N = 5 pavimentos:
Para vigas muito rígidas (impedem totalmente a rotação da extremidade do pilar):
Flecha máxima:
Para edifício com N = 5 pavimentos:
(Nos slides são mostrados os casos para N = 4 pavimentos).
QUESTÃO 16
Qual a desvantagem do uso de lajes planas, sem vigas, em edifícios do ponto de vista da estabilidade lateral? Que tipos de estruturas de contraventamento devem ser usadas em edifícios altos com sistemas de lajes planas?
A desvantagem do uso de lajes planas se encontra na ausência dos inúmeros pórticos formados nas direções principais do edifício pelo sistema viga-pilar característico de estruturas convencionais, que contribuem para a estabilidade às ações laterais.
Os principais tipos de sistemas de contraventamento para lajes planas são:
- NÚCLEOS RÍGIDOS: este sistema de contraventamento caracteriza-se pelo uso de caixas de elevadores e escadas com elementos em concreto;
- NÚCLEOS RÍGIDOS + PÓRTICOS: é constituído pela associação de núcleos rígidos e pórticos convenientemente posicionados na planta da estrutura;
- NÚCLEOS RÍGIDOS + PAREDES ESTRUTURAIS: consiste na associação de núcleos rígidos com paredes estruturais que normalmente são posicionadas nas paredes cegas das fachadas da edificação.
QUESTÃO 17
Como funciona o sistema de estruturação de edifícios altos denominado de Staggered Trusses? Quais as vantagens desse sistema?
O sistema Staggered Trusses funciona como um pórtico de paredes treliçadas escalonadas, executadas em perfis metálicos e com aberturas vierendel nos corredores, como na figura. (Interessante verificar os gráficos dos esforços nos slides).
Vantagens: permitem grandes vãos livres (até 14 m sem pilares) e apresentam eficiência a cargas verticais e laterais; maior rapidez na execução. 
QUESTÃO 18
Explique como era o sistema estrutural empregado nos projetos das duas torres do WTC em Nova York?
Era um tubo aporticado, com pilares nas periferia e no núcleo, em planta quadrada (onde duas fachadas recebem a ação do vento, e as outras duas funcionamcomo empenas (contraventando), nucleo central rígido (caixa de elevadores).
A estrutura da fachada era pré moldada (arvore) formada por 3 pilares, ligados por chapas. As arvores eram ligadas uma a outra intercalando as chapas. Tambem possuiam Outrigger Trusses, lajes em steel deck, com estruturação com vigas treliçadas, com bordos ligados a amortecedores.
QUESTÃO 19
Qual a vantagem do uso de sistemas de vetor ativo na transmissão das cargas horizontais em edifícios altos? Onde podem ser colocadas estas treliças ao longo da altura do edifícios e quais os arranjos mais comuns.
Ao se usar o sistema de vetor ativo, não vai ter flexão nas barras e vai ocorrer menore flechas pois a peça é mais rígida. Os deslocamentos e os momentos no topo do edifício ficam bem pequenos quando usados sistemas de vetor ativo para transmissão de cargas horizontais. Podem ser colocadas em fachadas (K e X Bracing), no topo do edifício (Outrigger Trusses), ou escalonadas (Staggered Trusses).
QUESTÃO 20
Qual a vantagem da colocação de vigas enrijecedoras, outrigger beams, no alto dos edifícios? Como podem ser formadas estas vigas?
Chamadas também de vigas de cintamento, é uma viga de rididez elevada que é colocada no topo do edifício a fim de inibir parcialmente a rotação do edifício. A vantagem é que se coloca uma viga de grande inércia onde a rotação do edifício é maior, além disso, pode-se usar uma altura elevada pois não há problemas com espaço. Podem ser feitas de concreto ou treliça (outrigger* truss) acima dos pórticos do edifício.
Outrigger*: enrijecedor externo, que está fora do pórtico.
QUESTÃO 21
Como funcionam estruturalmente os edifícios estruturados com fachadas tubulares? Em que situações de plantas esta solução é mais indicada?
Funciona como um tubo em balanço, com grande inércia. São ideais para edifícios de planta quadrada ou circular. Em plantas quadradas, quando o vento vem em uma direção, uma fachada pega o vento e as outras duas funcionam como uma empena rígida, de contraventamento. Vale lembrar que para isso deve-se estruturar as paredes para que funcionem como empenas.
Devido a rigidez elevadada, além da utilização em estruturas contínuas, pode-se utilizar aberturas para esquadrias ou fachadas aporticadas. Funcionam como grandes pórticos onde pilares ficam muito próximos uns dos outros, com vigas de inércia grande e vão pequeno.
QUESTÃO 22
Compare e comente as deformadas de um pórtico, de um pilar parede, e da associação do dois, para um edifício alto sujeito à ação de vento. 
De forma independente, ao se comparar um pórtico com um pilar parede, em baixo o pórtico se deforma mais, ja a parede se desloca mais no topo.
Ao ligar um no outro, no topo o pilar parede se ancora no pórtico, e embaixo o pórtico na parede, formando um binário. Um ajuda o outro onde o outro é mais frágil (que bonito isso!!!). O momento do pórtico cai bastante.
O momento fica ao contrário onde a parede se apoia no pórtico!
QUESTÃO 23
Como se dá a compatibilização entre os deslocamentos horizontais das diversas estruturas de contraventamento em um pavimento de um edifício? Explique e ilustre com desenhos esses efeitos em edifícios de planta simétrica, planta retangular sem simetria, planta em L. Como a laje possui rigidez infinita no seu plano, ela não se deforma (a flexão) sendo assim, todos os nós se deformão igual, ou seja ela funciona como uma viga de rigidez infinita, fazendo com que os pilares transversais deformem igual. 
Quando a planta não possue uma boa distribuição simétrica em relação ao vento, a laje sofre movimentos (translação e rotação)
QUESTÃO 24
Que tipo de problemas são gerados pela ação de vento nas fundações de edifícios altos e quais são as soluções mais empregadas para solução desses problemas?
Os problemas aparecem devido aos grandes momentos de tombamento que provocam cargas de tração nos pilares, onde são maiores nos cantos devido a carga gravitacional ser menor. 
Pode-se utilizar fundação tipo estaca raíz e tirantes para a ancoragem dessas forças, ou então pode-se procurar lançar mais cargas gravitacionais nos cantos.
QUESTÃO 25
Quais as vantagens e desvantagens de um projeto modular na arquitetura e na estrutura de um edifício alto? Em que tipo de edifícios essa modularização é mais empregada? Em quais tipos de edifício ela não se aplica? A modulação é recomendada pois garante a transmissão direta das forças de cima para baixo, pelos pilares, continuamente, sem elementos de transição como vigas de transição, tambem ganhamos espaço, ganhamos em economia de formas, tambem podemos dimensionar a laje para trabalhar recebendo cargas das paredes e apoiando em pilares, sendo assim, diminuindo a densidade de vigas por andar.
Com a estruturação modular, podemos jogar os pilares para a região da periferia e do nucleo (elevadores) gerando um amplo espaço interno, e tambem possibilidades de ampliação do layout do pavimento, bem como facilidade na execução de instalações de esgoto e água.
Porem esta modulação só eh viavel em escritorios, garagens, e edificios do genero, pois em um edificio residencial, não podemos modular, devido as paredes, estarem distribuidas em toda a planta, e na garagem necessitarmos de elementos de transmissão, para criar espaço para as vagas.
QUESTÃO 26
No exemplo numérico apresentado ao final do Capítulo, Hotel Ibis, esboce duas soluções que poderiam ser utilizadas para contraventamento da estrutura. Faça um croquis de cada uma justificando numericamente.