Concepção Estrutural e Pré-formas_5 a 8

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Concepção Estrutural e Pré-Formas
Aulas 5 a 8
Prof. Dr. Almir Barros da S. Santos Neto
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DESENVOLVIMENTO DO PROJETO DE UMA ESTRUTURA
ETAPA PRELIMINAR
Visão global....
“Numa etapa inicial de projeto, procure não se ater em detalhes e sim ter
uma visão global do comportamento da estrutura para evitar erros
grosseiros. Não fique preocupado inicialmente se uma determinada viga
poderá romper, mas sim se a estrutura ficará em pé”.
Que dados são necessários para projetar uma estrutura de
um edifício?
Quer seja de um edifício com geometria simples (figura abaixo)....
DADOS NECESSÁRIOS PARA DEFINIR O PRODUTO
(ESTRUTURA)
PROJETO ARQUITETÔNICO⇒ Plantas dos pavimentos tipo/subsolo/cobertura/ático
- Número de pavimentos.
- Pavimentos diferentes
- Garagens. Subsolos.
- Elevadores Escadas.
- Reservatório.⇒ Croquis do terreno/Restrições de vizinhança
- Estruturas de contenção / Muros de arrimo
- Posição das fundações Divisa⇒ Local da edificação
- Variações de temperatura
- Ações do vento. Ações sísmicas.
- Agressividade ambiental (durabilidade do concreto)
- Facilidade de acesso (materiais equipamentos concretagem)
⇒ Uso (finalidade) da edificação
- Ações variáveis: sobrecargas mínimas (ambientes), vento..
- Definição dos coeficientes de segurança (ações)
- Deslocamentos limites
- Vibrações (academias, ginásios de esportes, laboratórios, pontes)
- Padrão da edificação
EMPREENDEDOR/CONSTRUTOR⇒ Prazos de obra
- Início e duração da obra⇒ Custos e Desembolso
- Estrutura de aço ou estrutura de concreto (ou mista)
- Moldagem no local ou pré-fabricação⇒Tecnologias de construção
- Construtor
- Cultura Construtiva
- Limitações da região⇒ Equipamentos disponíveis
- Equipamentos de içamento para pré-fabricados
GEOTECNIA⇒ Escolha do tipo de fundação e contenções
- fundação superficial ou fundação profunda
⇒ Parâmetros do solo necessários à análise e dimensionamento
estrutural
- Tensão admissível do solo
- Coeficientes de mola nas fundações (correlações com SPT)
- Previsão de recalques
Exemplo:
DEFINIÇÃO DA SOLUÇÃO CONSTRUTIVA
(PROJETISTA ESTRUTURAL)
CONCEPÇÃO DO SISTEMA ESTRUTURAL
Exemplos:⇒ Pórticos Rígidos: contraventados em diagonais. Com nós
deslocáveis.⇒ Pórticos com ligações articuladas. Pórticos com ligações
semi-rígidas.⇒ Treliças. Associação entre Pórtico e Treliças. Sistema
convencional (laje-viga-pilar)⇒ Sistema Lajes sem vigas (laje-pilar)
(As possibilidades são diversas: exige conhecimentos sobre as
vantagens e aplicações dos diversos sistemas estruturais)
DEFINIÇÃO DA SOLUÇÃO CONSTRUTIVA
(PROJETISTA ESTRUTURAL)
DEFINIÇÃO DA SOLUÇÃO CONSTRUTIVA
(PROJETISTA ESTRUTURAL)
DEFINIÇÃO DA SOLUÇÃO CONSTRUTIVA
(PROJETISTA ESTRUTURAL)
ANÁLISE COMPARATIVA DAS ALTERNATIVAS ESTRUTURAIS
Exemplos:⇒ Moldada no local ou Pré-Moldada (Pré-fabricada) ou
combinação⇒ Concreto Armado ou Concreto Protendido⇒ Estrutura de aço⇒ Estrutura mista aço-concreto
Exemplos para sistemas estruturas de piso:⇒ Laje maciça⇒ Lajes nervuradas⇒ Lajes com vigotas pré-moldadas e enchimento com blocos e CML
DEFINIÇÃO DA SOLUÇÃO CONSTRUTIVA
(PROJETISTA ESTRUTURAL)
EXEMPLOS DE ALTERNATIVAS USUAIS PARA PAVIMENTOS⇒ Convencional - lajes maciças apoiadas em vigas⇒ Laje plana - pilar
Lajes maciças apoiadas em pilares
DEFINIÇÃO DA SOLUÇÃO CONSTRUTIVA
(PROJETISTA ESTRUTURAL)
EXEMPLOS DE ALTERNATIVAS USUAIS PARA PAVIMENTOS⇒ Laje nervurada - pilar
Lajes moldadas no local
⇒ Lajes nervuradas com vigas-faixa
A alternativa (tipologia) construtiva afeta a escolha do modelo estrutural!!!
⇒ Lajes nervuradas pré-moldadas
CONCEPÇÃO ESTRUTURAL E PRÉ-FORMAS
LANÇAMENTO DA ESTRUTURA
- Posição dos elementos estruturais (pilares, vigas, lajes, etc)
- Base principal: projeto arquitetônico
PRÉ-DIMENSIONAMENTO DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS
- Definição preliminar das seções dos elementos
ANÁLISE ESTRUTURAL
- Levantamento das ações atuantes
Ações verticais e horizontais
Deformações impostas
- Obtenção dos esforços e deslocamentos
Montagem das combinações de ações (ELU e ELS)
Uso de recurso computacional na análise estrutural
- Verificação da estabilidade global
Efeitos globais de segunda ordem
- Dimensionamento dos elementos estruturais
CONCEPÇÃO ESTRUTURAL E PRÉ-FORMAS
DESENHO DAS FORMAS ESTRUTURAIS (PRÉ-FORMAS)
- Geração de desenhos ⇒ Compatibilização com demais projetos
EVENTUAIS CORREÇÕES / MODIFICAÇÕES DA SOLUÇÃO INICIAL
DESENVOLVIMENTO DO PROJETO DE UMA ESTRUTURA
PROJETO EXECUTIVO
Visão global....
“Análise estrutural (etapa mais importante durante todo o projeto de
edifícios! Mas que muitas vezes não é tratada com a devida atenção e os
cuidados necessários quando se faz uso de uma ferramenta
computacional”.
Kimura (2007)
- “Um bom software não faz um bom engenheiro, mas ajuda no
aprendizado.”
- “Não seja um Engenheiro click-click-click, aquele que só faz Engenharia
com teclado e mouse.”
PROJETO EXECUTIVO
DIMENSIONAMENTO E DETALHAMENTO DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS
- Projetos já compatibilizados
- Processamento da estrutura definitiva (carregamentos definitivos)
Lajes
Vigas
Pilares
Estruturas de fundações
Estruturas complementares
Estados Limites Últimos (ELU)
Estados Limites de Serviço (ELS)
Durabilidade
REVISÕES FINAIS DE PROJETO
Projetos não revisados podem ir incorretos para obra
Check List Controle de qualidade
O ESPAÇO ARQUITETÔNICO E A CONCEPÇÃO
ESTRUTURAL
Escolha da forma da estrutura: depende do projeto arquitetônico
Define demais projetos dos subsistemas
restantes do edifício
Ático:
Reservatório (Caixa d´água)
Casa de máquinas
Depósitos
Pavimento tipo:
Mesma arquitetura
Pavimento térreo:
Recepção
Sala de estar
Salão de jogos, festas.
Subsolo:
Garagens
Projeto estrutural em harmonia
com todos os projetos
Arquitetônico (funcionalidade)
Instalações Hidráulicas
Instalações Elétricas
Ar-condicionado
Demais sistemas
Exemplos de incompatibilidades ou conflitos:
- Estrutura em conflito com aberturas (paredes portas)
- Dutos de instalações em conflito com a estrutura
Obs: aberturas em vigas devem ser verificadas no cálculo estrutural
Pilares excessivamente próximos impedindo a ocupação de veículos
nas garagens...
Exemplos de conflitos:
Fonte: Revista Téchne, junho (2008)
Compatibilização de projetos Coordenador de projetos
Exemplos de conflitos:
Compatibilização de projetos Coordenador de projetos
FLUXO DE AÇÕES E COMPORTAMENTO PRIMÁRIO DOS
ELEMENTOS
Lajes
Comportamento primário
Receber e transferir cargas p/ vigas
Predominância da flexão (M,V)
Vigas
Comportamento primário
Transferir cargas verticais aos pilares
Predominância da flexão (M,V)
Pilares
Comportamento primário
Transferir esforços da superestrutura às
fundações
Predominância da flexo-compressão (N,M)
A transmissão de esforços (especialmente de momentos
fletores) entre viga e pilar
PÓRTICOS
Aumento de rigidez do edifício frente às ações horizontais
DIRETRIZES BÁSICAS PARA A CONCEPÇÃO ESTRUTURAL
Observações iniciais:
Não existem normas
Requer conhecimento técnico, criatividade (experiência)
Alterações na concepção inicial podem ser requeridas
- Pelo cálculo estrutural
- Por alterações posteriores na arquitetura
- Na compatibilização de projetos
Possibilidade de várias soluções tecnicamente viáveis
- Aproveitar facilidades das ferramentas computacionais
Para iniciantes diretrizes básicas que auxiliam as decisões !!
DIRETRIZES BÁSICAS PARA A CONCEPÇÃO ESTRUTURAL
1) Posicionamento dos elementos estruturais em função docomportamento primário dos mesmos
Ações nos pavimentos lajes vigas pilares
apoios apoios
Importante: não deixar os elementos “soltos” ou sem apoio!!!!
2) Transferência de cargas da forma mais direta possível
Cargas devem percorrer o menor caminho possível até as fundações...
Evitar vigas apoiadas em outras vigas
Evitar pilares apoiados em vigas (vigas de
transição/vigas vierendel)
Sempre que possível!!
DIRETRIZES BÁSICAS PARA A CONCEPÇÃO ESTRUTURAL
Vigas de transição
- Exigência da arquitetura
(espaço livre, interferências)
- Elevados esforços solicitantes
- Grandes dimensões de seção
- Custo elevado
Responsabilidade Colapso da viga de transição Colapso global
DIRETRIZES BÁSICAS PARA A CONCEPÇÃO ESTRUTURAL
Vigas de transição
Vigas de transição
Modelo em Elementos Finitos (MEF)
Vigas de transição
Modelo em Elementos Finitos (MEF)
Vigas de transição
Modelo em Elementos Finitos (MEF)
Vigas de transição
Armaduras
Vigas de transição
Esperas dos pilares
• A rigor as vigas de transição deveriam ter altura útil igual ou
superior ao comprimento de ancoragem das barras de esperas dos
pilares da transição;
• Esse critério é muitas vezes negligenciado ou em alguns casos,
devido a imposições da arquitetura a altura requerida pela espera
dos pilares não pode ser obedecida;
• Existem várias alternativas para solucionar o problema:
* Aumentar a quantidade de barras e diminuir o diâmetro
das barras para obter um comprimento de ancoragem menor.
* Aumentar a área da armadura para diminuir a tensão na
armadura de espera e reduzir o comprimento de ancoragem
efetivo.
Vigas de transição
Esperas dos pilares
Parte inferior do pilar com
armadura adicional para diminuir
a tensão e considerar parte do
comprimento de ancoragem no
pilar.
Vigas de transição
Verificações importantes
• Dimensionar a viga pelo método dos estados limites últimos;
• Garantir que todas as seções estejam dimensionadas nos
domínios 2 e 3 (verificar critério x/d da NBR 6118 (2014);
• Acrescentar barras de armadura de compressão para reduzir a
parcela de deformação lenta do concreto;
• Verificar os estados limites últimos de serviço, deformação
(flecha máxima) e fissuração;
• Verificar as condições de apoio da viga;
• Verificar as condições de apoio dos pilares que nascem.
3) Uniformidade dos elementos estruturais (seções, vãos)
Reduz custos com fôrmas
- Melhor aproveitamento das chapas de madeira
- Exemplo: padronização das alturas das vigas
Aumenta velocidade de execução
- Aumento de produtividade no canteiro de obras
4) Orientação criteriosa das seções dos pilares (planta)
Rigidez frente às ações horizontais
- Estabilidade global
- Comportamento em serviço (ex: flechas horizontais)
PAPEL DOS PÓRTICOS FRENTE ÀS AÇÕES HORIZONTAIS
A arquitetura e a concepção estrutural
 Alinhamento entre vigas e pilares para a formação de pórticos
 Orientação criteriosa dos pilares
 Concepção de pilares de grande inércia em lugares estratégicos
Ex: caixas de escadas, de elevadores e pilares-parede.
Caixa de
elevador
(Planta)
Caixa de escada
Disposição dos pilares com vistas a aumentar a rigidez da edificação.
Vento
Ve
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RECOMENDAÇÕES PRÁTICAS: EDIFÍCIOS DE CONCRETO ARMADO
(Edifícios usuais)
1) Iniciar lançamento pelo pavimento tipo
2) Posicionar pilares preferencialmente:
- Nos cantos da edificação
- No encontro de vigas “importantes”
- Embutidos em paredes Estética (se o projeto arquitetônico exigir)
- Distantes entre 2,5 m e 7,0 m
3) Verificar se as posições dos pilares do pavimento tipo são
aceitáveis ao térreo e ao subsolo (garagens)
4) Posicionar vigas preferencialmente:
- Onde existam paredes de alvenaria
Obs: mais flexibilidade para paredes de gesso acartonado
- Embutidas em paredes (estética)
- Alinhadas com os pilares para a formação de pórticos
- Vãos entre 2,5m à 7,0m
5) Limitar vãos das lajes
Para lajes “armadas em uma direção” Menor vão entre 2,0 m à 5,0 m
Para lajes “armadas em duas direções” Limitar vão até 7 m
associada também a limitação do pé-direito
EXERCÍCIO: Lançamento dos elementos estruturais – Pavimento tipo
Perspectiva: escada Caixa da escada
Lançar pilares na caixa de escada apoiar escada e reservatório
Solução inicial
Seguindo à risca as recomendações
Sugestões e críticas a esta solução..
Concepção pode ser melhorada...
Solução proposta
Vigas sobre as paredes externas....
Solução proposta
Viga de apoio das paredes:
Escada - corredor
Entre dormitórios
Laje da sala:
Laje armada em 1 direção
(menor vão entre 2m à 5m)
Viga de apoio das paredes:
Sala - escada
Viga de apoio das paredes:
Escada - dormitório
Dormitório – banheiro
Solução proposta
Viga sobre parede corredor
Evitar 3 paredes apoiadas em
uma só laje
Opção pelo não lançamento de viga
entre cozinha e banheiro
Passagem de tubulações (?)
Solução proposta
(“quase final”)
Observações:
Possibilidade de acrescentar 2 pilares
na parte mais externa da edificação
Possibilidade de incluir o trecho de
viga que atravessa a sala
As possibilidades são diversas na concepção da estrutura!!!
Muitas dúvidas sobre a concepção são comprovadas posteriormente pelo
cálculo estrutural
- Verificação dos estados limites
- Dimensionamento das armaduras
Testar mais de uma solução e compará-las entre si
- Importante para a aprendizagem e útil para a prática profissional
- Tirar proveito das ferramentas computacionais