Concepção Estrutural

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CONCEPÇÃO ESTRUTURAL
Prof. Márcio Barata
Tecnologia das Construções III
Programa
Estrutura
Concepção Estrutural
Estruturas Hiperestáticas: cálculo de deformações e esforços
Estruturas de Concreto Armado:
Calculo de Vigas, Pilares e Lajes
Estruturas Metálicas:
Tração, Compressão, Flexão
Estruturas Madeira
Tração, Compressão, Flexão
Introdução
Concepção Estrutural 
Lançamento da ESTRUTURA
Escolha dos elementos estruturais
Definir Tipos, Posições e Pré-dimensões
SISTEMA ESTRUTURAL EFICIENTE
ABSORVER os Esforços das Ações Atuantes
TRANSMITI-LOS AO SOLO DE FUNDAÇÃO
REQUISITOS:
Capacidade RESISTENTE
DESEMPENHO EM SERVIÇO
DURABILIDADE 
Introdução
ARRANJO ESTRUTURAL
SEGURANÇA (Estados Limites Últimos – ELU / ELS)
ECONOMIA (custo)
DURABILIDADE
Aspectos PROJETO ARQUITETÔNICO
ESTÉTICA
FUNCIONALIDADE
Introdução
ARRANJO ESTRUTURAL - DURABILIDADE
Classe de Agressividade Ambiental (CAA) – Tabela 6.1 
Introdução
ARRANJO ESTRUTURAL - DURABILIDADE
Qualidade do concreto de cobrimento das armaduras – Tabela 7.1
Introdução
ARRANJO ESTRUTURAL - DURABILIDADE
Cobrimentos – Tabela 7.2
Introdução
EDIFÍCIOS RESIDENCIAIS:
SUBSOLO: 
Garagem
PAVIMENTO TÉRREO: 
recepção, salas de estar, de jogos, de festas, piscinas e área de recreação
PAVIMENTO TIPO: 
Apartamentos
ÁTICO:
Pavimento menor, recuado
Topo dos Edifícios
Casa de Máquinas, Reservatórios, Depósitos
Introdução
Projeto Estrutural 
Demais Projetos:
Instalações Elétricas
Instalações Hidráulicas
Telefonia
Segurança
Som 
Televisão 
Ar Condicionado
Rede Estrutura
COMPATIBILIZAÇÃO
Introdução
Na concepção da estrutura, uma das principais preocupações do engenheiro estrutural deverá ser a interação com os demais projetos, em especial com o arquitetônico, o qual direcionará grande parte das decisões tomadas.
Introdução
ANTE PROJETO
ANÁLISE EM CONJUNTO
Bulding Information Modeling
Introdução
BIM : Modelagem de Informações para a Construção
Banco de Dados
Informações da Obra
Atribuição de INFORMAÇÕES aos Desenhos
Desenho Inteligente
Atribuição de propriedades
Extrair Informações
BIM
BIM
Introdução
BIM : Modelagem de Informações para a Construção
VANTAGENS
Maior Rapidez no Desenvolvimento dos Projetos e Orçamentos
Melhorias na COMPATIBILIDADE DE PROJETOS
Melhor Visualização da INTERFERENCIA CONSTRUTIVA
DESVANTAGENS
Custo elevado em Softwares, Licenças e Equipamentos
Tempo Maior de Processamento
Tempo Maior de TREINAMENTO
Introdução
BIM : Exemplos
Introdução
BIM : Modelagem de Informações para a Construção
Softwares que suportam a tecnologia BIM
Active3D (Archimen)
Revit (Autodesk)
Allplan (Nemetschek)
Archicad (Graphisoft) 
DDS-CAD (Data Design System)
MicroStation (Bentley)
Solibri 
Tekla Structures 
VectorWorks 
Introdução
PROJETO ESTRUTURAL
Problemas no Lançamento da Estrutura
Localização de Vigas nas regiões de BANHEIROS e ÁREAS DE SERVIÇO
Compatibilizar Pilares GARAGEM – TERREO – TIPO
Edifícios de Utilização Mista
Estruturas de Contenção de Terra nos SUBSOLOS
Muros de Arrimo ou Cortinas 
Escadas / Elevadores
Regiões comuns em todos os andares
Dispor Casa de Máquinas e Reservatórios Elevados
Sem interferência no posicionamento dos PILARES
Adoção de PILARES PAREDES (maior RIGIDEZ) – Ações HORIZONTAIS (abalos sísmicos, vento, desaprumo)
Introdução
A integração entre o projeto estrutural e arquitetônico é indispensável para o melhor aproveitamento das garagens: MAIOR NÚMERO DE VAGAS e ESPAÇO ADEQUADO PARA MANOBRAS
Introdução
ELEMENTOS ESTRUTURAIS
Elementos Bidimensionais :
Elementos de SUPERFÍCIE
Duas dimensões da SUPERFÍCIE >>>>> ESPESSURA
PLACAS ou CHAPAS: CURVATURA Zero
CASCAS : CURVATURA # ZERO
PLACA:
Ação Uniformemente Distribuída - PERPENDICULAR ao PLANO
LAJES
CHAPA:
Ação Uniformemente Distribuída - PARALELO ao PLANO
PAREDES ou PILAR PAREDE
Introdução
ELEMENTOS ESTRUTURAIS
Elementos Bidimensionais :
LAJES
PLACAS BIDIMENSIONAIS
Apoiadas CONTORNOS das VIGAS
Piso dos compartimentos
Recebe as AÇÕES VERTICAIS (Permanentes ou Acidentais)
TRANSFERENCIA para VIGAS
FLEXÃO nas duas DIREÇÕES ORTOGONAIS
50% consumo de concreto 
Introdução
ELEMENTOS ESTRUTURAIS
Elementos Bidimensionais : LAJES
MACIÇAS ou NERVURADAS
MOLDADAS “In Loco” ou PRÉ-FABRICADAS
Introdução
ELEMENTOS ESTRUTURAIS
Elementos Bidimensionais : LAJES
LAJES MACIÇAS
Moldadas In loco
Formas e escoramentos de Madeira
Sustentabilidade
Mais pesadas
Tipos:
Lajes planas lisas sobre VIGAS
Lajes cogumelo
Laje Nervurada
Introdução
Introdução
Lajes lisas sem vigas
Introdução
Lajes nervuradas moldadas in loco
Introdução
Lajes nervuradas moldadas in loco
Introdução
Lajes nervuradas moldadas in loco
Lajes nervuradas moldadas in loco
Introdução
Lajes nervuradas moldadas in loco
Introdução
Lajes treliçadas com lajotas cerâmicas
Introdução
Vigotas pré-moldadas
Lajes treliçadas com EPS
Lajes treliçadas com EPS
Lajes treliçadas com EPS
Lajes nervuradas mistas com elementos metálicos (steel-deck)
Lajes Alveolares
Lajes Alveolares
Lajes Painéis Treliçados
Lajes Painéis Treliçados
Lajes Painéis Treliçados
Introdução
ELEMENTOS ESTRUTURAIS
Elementos Bidimensionais : PAREDES / PILARES PAREDE
Introdução
ELEMENTOS ESTRUTURAIS
Elementos Bidimensionais : PAREDES / PILARES PAREDE
Introdução
ELEMENTOS ESTRUTURAIS
Elementos Lineares :
Seção Delgada (Argamassa Armada)
Seção Não Delgada 
Representados por elementos de BARRA
Solicitações NORMAIS e TANGENCIAIS
Normais:
COMPRESSÃO UNIFORME
FLEXÃO COMPOSTA (NORMAL ou OBLIQUA)
FLEXÃO SIMPLES 
TRAÇÃO SIMPLES
Tangenciais:
FORÇA CORTANTE
MOMENTO TORSOR 
Introdução
ELEMENTOS ESTRUTURAIS
Elementos Lineares :
ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS:
VIGAS:
Flexão
Apoiadas em PILARES
Embutidas nas Paredes
Transfere PILARES:
Peso das paredes apoiadas diretamente sobre as vigas
Reações das Lajes
Introdução
ELEMENTOS ESTRUTURAIS
Elementos Lineares :
ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS:
PILARES:
Flexão Composta (Normal ou Obliqua)
FLEXO-COMPRESSÃO
APOIO as VIGAS
Transfere FUNDAÇÕES:
Resistir a ESFORÇOS HORIZONTAIS
VENTO, ABALOS SÍSMICOS
Formação de PORTICOS (com as vigas)
PILARES de GRANDE RIGIDEZ (PILARES-PAREDES)
Introdução
ELEMENTOS ESTRUTURAIS
Elementos Lineares :
ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS:
PILARES:
Flexão Composta (Normal ou Obliqua)
FLEXO-COMPRESSÃO
APOIO as VIGAS
Transfere FUNDAÇÕES:
Resistir a ESFORÇOS HORIZONTAIS
VENTO, ABALOS SÍSMICOS
Formação de PORTICOS (com as vigas)
PILARES de GRANDE RIGIDEZ (PILARES-PAREDES)
Introdução
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DE FUNDAÇÃO
Fundações PROFUNDAS:
Estacas / Tubulões
Utilizadas em ULTIMO CASO 
Custo ELEVADO
Carga Transmitida: BASE ou ATRITO LATERAL
Fundações SUPERFICIAIS:
Sapatas / Radiers
Solo superficial com RESISTÊNCIA ELEVADA e BAIXA COMPRESSIBILIDADE
Carga Transmitida: BASE
Introdução
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DE FUNDAÇÃO
Introdução
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DE FUNDAÇÃO
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
Disposição Racional dos diversos elementos estruturais
Conjunto de Elementos Estruturais de Concreto, Aço, Mistos e outros que atuam de forma INTEGRADA para RESISTIR as ações Atuantes no Edifício e GARANTIR a ESTABILIDADE
SUBSISTEMAS:
HORIZONTAL
VERTICAL
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
SUBSISTEMAS HORIZONTAIS
Lajes e/ou Vigas (Placas e/ou Barras)
Diafragma / Elemento de Ligação com os elementos VERTICAIS
FUNÇÃO:
Coletar forças gravitacionais e Transmiti-las aos ELEMENTOS VERTICAIS – FLEXÃO
Distribuir as ações laterais aos subsistemas verticais
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
SUBSISTEMAS HORIZONTAIS
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
SUBSISTEMAS HORIZONTAIS
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
SUBSISTEMAS HORIZONTAIS
Introdução
SISTEMAS
ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
SUBSISTEMAS HORIZONTAIS
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
SUBSISTEMAS HORIZONTAIS
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
SUBSISTEMAS VERTICAIS
Pilares: barras verticais
Pórticos: barras verticais (pilares) e horizontais (vigas)
Forças e momentos fletores
Paredes: Chapas / Painéis Treliçados
Núcleos: Arranjo TRIDIMENSIONAL Chapas / Painéis Treliçados (Escadas e Elevadores)
COMBINAÇÕES DIVERSAS
Estruturas TUBULARES c/Painéis Treliçados
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
SUBSISTEMAS VERTICAIS
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
SUBSISTEMAS VERTICAIS
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
SUBSISTEMAS VERTICAIS
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
Exemplos: LAJE MACIÇA COMO DIAFRAGMA RÍGIDO
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
Exemplos: PÓRTICOS DESLOCÁVEIS
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
A estabilidade global do edifício é conferida por pórticos planos dispostos nas duas direções ortogonais, constituindo um pórtico tridimensional
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
Exemplos: PÓRTICOS DESLOCÁVEIS
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
Exemplos: PÓRTICOS ENRIJECIDOS POR CONTRAVENTAMENTOS DOS QUADROS
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
Além dos pórticos, o sistema pode apresentar um núcleo estrutural rígido, composto por pilares de grande inércia das caixas de escada e de elevadores ou por pilares parede
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
Exemplos: PÓRTICOS ENRIJECIDOS POR CONTRAVENTAMENTOS DOS QUADROS
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
Exemplos: PÓRTICOS ENRIJECIDOS POR CONTRAVENTAMENTOS DOS QUADROS
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
Exemplos: PAINÉIS DE CONTRAVAMENTO
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
Exemplos: PAINÉIS DE CONTRAVAMENTO
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
Exemplos: NÚCLEOS ESTRUTURAIS
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
Exemplos: NÚCLEOS ESTRUTURAIS
World Trade Center
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
Exemplos: NÚCLEOS ESTRUTURAIS
World Trade Center
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
Exemplos: NÚCLEOS ESTRUTURAIS
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
MEGA-EDIFÍCIOS ALTOS
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
MEGA-EDIFÍCIOS ALTOS
Introdução
SISTEMAS ESTRUTURAIS PARA EDIFÍCIOS
MEGA-EDIFÍCIOS ALTOS
Introdução
DIRETRIZES BÁSICAS – CONCEPÇÃO ESTRUTURAL DE EDIFÍCIOS
ESTÉTICA
Atender as condições estéticas do PROJETO ARQUITETONICO
Estruturas escondidas dentro das paredes
Introdução
DIRETRIZES BÁSICAS – CONCEPÇÃO ESTRUTURAL DE EDIFÍCIOS
FUNCIONALIDADE:
Posicionamento dos PILARES na GARAGEM
Estruturas mais simples
Reaproveitamento das formas de madeira
Compatibilização entre VÃOS, MATERIAIS e METODOS
Caminhamento mais uniforme possível das cargas para as FUNDAÇÕES
RESISTÊNCIA ÀS AÇÕES HORIZONTAIS:
Introdução
DIRETRIZES BÁSICAS – CONCEPÇÃO ESTRUTURAL DE EDIFÍCIOS
DECISÕES:
Comportamento PRIMÁRIO
Transferência mais DIRETA possível
Elementos mais UNIFORMES possíveis
Comprimento máximo de 30 metros
Orientação criteriosa dos PILARES – MAIOR RIGIDEZ
Introdução
DIRETRIZES BÁSICAS – CONCEPÇÃO ESTRUTURAL DE EDIFÍCIOS
Lançar a estrutura (conceber) é basicamente escolher os elementos estruturais para compor os subsistemas, posiciona-los adequadamente e determinar suas dimensões iniciais.
Introdução
DIRETRIZES BÁSICAS – CONCEPÇÃO ESTRUTURAL DE EDIFÍCIOS
Normalmente, a primeira tarefa da concepção estrutural é o lançamento dos pilares do andar-tipo, verificando suas possíveis interferências no térreo e também nos subsolos, com as vagas de garagem e circulação de veículos.
Introdução
RECOMENDAÇÕES – CONCEPÇÃO ESTRUTURAL DE EDIFÍCIOS
Pilares – cantos e encontro de vigas
Pilares – regiões não muito nobres (armários, atrás de portas)
Vãos entre 2,5 a 6 metros
Verificar se as posições lançadas no tipo são ACEITÁVEIS no térreo e nas garagens
Posicionar Pilares e Vigas de modo a formar PÓRTICOS
Vigas sobre paredes
Rebaixamento da laje
Lajes:
2 a 5 m menor vão de lajes UNIDIRECIONAIS
3 a 6 m maior vão de lajes BIDIRECIONAIS
Evitar vão muito pequenos, grande quantidade de vigas
Evitar vão muito grande, alta taxa de armação, estado limite de utilização, uso PROTENSÃO.
Introdução
PRÉ-DIMENSIONAMENTO DA ESTRUTURA
PROCESSO 
INTERATIVO
Geometria dos elementos estruturais
Esforços 
e solicitações 
Introdução
PRÉ-DIMENSIONAMENTO DA ESTRUTURA
Pré-dimensionamento Laje
Pré-dimensionamento Vigas
Estimativa carga vertical p/unidade de área da laje
Estimativa carga ÁTICO
Pré-dimensionamento Pilares
Levantamento cargas horizontais
Determinação da Rigidez
Determinação da flecha
Ajustes Pré-dimensionamento
Introdução
PRÉ-DIMENSIONAMENTO DE LAJES
Introdução
PRÉ-DIMENSIONAMENTO DE LAJES
Introdução
PRÉ-DIMENSIONAMENTO DE LAJES
Introdução
PRÉ-DIMENSIONAMENTO DE LAJES
Introdução
PRÉ-DIMENSIONAMENTO DE VIGAS
Introdução
Introdução
PRÉ-DIMENSIONAMENTO DE VIGAS
h ≥ 25 cm
H < 60 cm
b ≥ 12 cm ou 15 (viga parede)
h Múltiplo de 5cm
Vigas invertidas 
Projeto exige vigas altas
Não aparente na face inferior da laje
Introdução
PRÉ-DIMENSIONAMENTO DE VIGAS
h ≥ 25 cm
H < 60 cm
b ≥ 12 cm ou 15 (viga parede)
h Múltiplo de 5cm
Vigas invertidas 
Projeto exige vigas altas
Não aparente na face inferior da laje
Introdução
PRÉ-DIMENSIONAMENTO DE VIGAS
Introdução
PRÉ-DIMENSIONAMENTO DE PILARES
Posicionados cruzamento das VIGAS / Cantos das Edificações
Espaçamentos entre 2,5 a 6m
Menor dimensão 20 cm
Mínimo entre 12 e 19 cm:
Majoração adicional das SOLICITAÇÕES
Seções podem ser compostas por RETANGULOS: L e T
Estrutura de TRANSIÇÃO
Introdução
PRÉ-DIMENSIONAMENTO DE PILARES
Introdução
PRÉ-DIMENSIONAMENTO DE PILARES
Introdução
PRÉ-DIMENSIONAMENTO DE PILARES
Introdução
PRÉ-DIMENSIONAMENTO DE PILARES
Exemplos 
Exemplos 
Exemplos 
Exemplos 
Exemplos 
Exemplo
Considerações:
Solução B
Menor número de vigas
Menor consumo de madeira
Vão das vigas entre 2,5 a 6m
LAJES = 10cm
Vigas : 35 e 45cm
Pilares: 20cm