SISTEMAS ESTRUTURAIS I

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Disciplina: Sistemas CONSTRUTIVOS
Manoel J.C. Serrão
Eng. Civil, Esp. Seg. do Trabalho e Mestrando em Sustentabilidade Energética 
TÓPICOS ESTRUTURAS
SISTEMAS CONSTRUTIVOS
A estrutura vista através da história da tecnologia da construção. A estrutura e a arquitetura. Conceitos fundamentais da estrutura - tensão, carregamentos axiais, torção e flexão pura.
SISTEMAS ESTRUTURAIS 
Fornece conhecimento básico a respeito dos vários sistemas estruturais, sua aplicação, funcionamento, materiais e conceitos de resistência aos diversos tipos de esforços. Visa o desenvolvimento da capacidade do aluno de compreender e propor os sistemas estruturais das edificações. Aborda: estruturas que atuam sob o efeito de tração, compressão, e, Tração e compressão combinadas. Estruturas que atuam devido à capacidade resistente da massa e da continuidade do material, estruturas superficiais, sistemas verticais de transporte de cargas e escolha de formas estruturais. 
SISTEMAS ESTRUTURAIS EM CONCRETO ARMADO 
Aborda os conceitos de equilíbrio e resistência, o estudo das forças e cargas, inércia de superfícies planas, tensões e deformações em sólidos. Esforços simples, de tração, flexão e torção. Esforços combinados. Estruturas isostáticas e hiperestáticas. Determinação de esforços externos e internos. Carregamentos, Transmissão de cargas e esforços internos. Dando embasamento para o estudo do dimensionamento das estruturas em Sistemas Estruturais em Arquitetura. Estuda as estruturas de concreto armado e protendido, os materiais, as formas construtivas, o seu dimensionamento e detalhamento.
SISTEMAS ESTRUTURAIS EM AÇO E MADEIRA 
Estudo das estruturas de madeira e aço abordando o seu dimensionamento e suas ligações. Estudo de estruturas alternativas regionais. Tópicos especiais em sistemas estruturais.
SISTEMAS CONSTRUTIVOS
Introdução
Definições básicas
Sistemas construtivos
História dos sistemas construtivos
Visão geral
Porque a história dos sistemas construtivos
As fases:
Pré-história européia
Egito Antigo
Mesopotâmia
Grécia Antiga
Etrúria e Roma
Catedrais góticas
Renascimento
Revolução industrial
Pontes metálicas do século XIX
Os primeiros arranha-céus
As primeiras pontes de concreto armado e protendido
Torres e edifícios altos
As grandes pontes
Grandes coberturas
Introdução
Definições básicas
Sistemas construtivos
História dos sistemas construtivos
Visão geral
Porque a história dos sistemas construtivos
As fases:
Pré-história européia
Egito Antigo
Mesopotâmia
Grécia Antiga
Etrúria e Roma
Catedrais góticas
Renascimento
Revolução industrial
Pontes metálicas do século XIX
Os primeiros arranha-céus
As primeiras pontes de concreto armado e protendido
Torres e edifícios altos
As grandes pontes
Grandes coberturas
Introdução
O que são sistemas estruturais?
Estrutura é o conjunto de elementos que, interagindo entre si, formam um sistema que desempenha função específica.
História dos sistemas construtivos
Visão geral
Há cerca de 10.000 anos, tendo descoberto a agricultura e a pecuária, o homem deixou de ser nômade, passando a residir em um local fixo; surgiram então os primeiros edifícios permanentes e as primeiras aldeias.
    Desde esta época, o homem vem erguendo construções que o abriguem, que permitam a reunião de grandes comunidades irmanadas por um objetivo religioso, político ou de lazer, que possibilitem a transposição de um rio ou a barragem de um curso d’água.
    As primitivas construções iniciais deram lugar às monumentais pirâmides egípcias, aos harmoniosos templos gregos, às extaordinárias cúpulas romanas, à sublime catedral gótica, às imensas pontes de ferro e de aço, aos enormes arranha-céus de aço e de concreto
História dos sistemas construtivos
Porque a história dos sistemas construtivo
  1. Possibilita que se conheçam e se valorizem as extraordinárias construções que vêm sendo edificadas pelo homem desde a pré-história até os dias de hoje; 
   2. Revela que as construções, além de satisfazerem as necessidades do homem, são uma importantíssima expressão cultural, social, política e econômica das sociedades que as erigiram;
   3. Mostra o papel fundamental que os novos materiais e os novos sistemas estruturais sempre tiveram, e continuam tendo, na evolução das estruturas;
   4. Permite que se compreenda qualitativamente como funcionam estruturas.
História dos sistemas construtivos
Pré-história europeia - Ponte
Ficha Técnica
Nome
Tarr Steps
Sistema Estrutural
Vigas simplesmente apoiadas
Função
Travessia de pessoas
Localização
Sobre o Rio Barle, noroeste de Dulverton, Somerset, Inglaterra
Época da construção
Provavelmente pré-histórica
Execução
Desconhecida
Dimensões
17 vãos totalizando 55 m
Material
Granito
 
 
História dos sistemas construtivos
Pré-história europeia - Stonehenge
 
Ficha Técnica
Nome
Stonehenge
Sistema Estrutural
Pilares e vigas simplesmente apoiadas
Função
Templo
Localização
Salisbury Plain, Salisbury, Inglaterra
Época da construção
3100 a.C. - 1100 a.C.
Execução
Desconhecida
Dimensões
Diâmetro do círculo de pedra: 30 m
Material
Os blocos maiores são de arenito, e os menores de rochas conhecidas como "bluestones", encontradas nas montanhasPreseli, no sudoeste do País de Gales.
História dos sistemas construtivos
Egito Antigo - Pirâmide de Sacara
 
Disciplina: Sistemas Estruturais
Introdução (1/7)
Manoel J.C. Serrão
Eng. Civil, Esp. Seg. do Trabalho e Mestrando em Sustentabilidade Energética 
Definições básicas
O que são sistemas estruturais?
Estrutura é o conjunto de elementos que, interagindo entre si, formam um sistema que desempenha função específica.
A Sociedade é um sistema onde os elementos são os indivíduos que se relacionam através de inúmeras funções ou atividades, dando origem a estrutura social.
O corpo humano é um sistema onde os elementos são os órgãos que se relacionam através de inúmeras funções ou atividades, dando origem a estrutura do organismo.
Sistema Estrutural de uma edificação é o conjunto de elementos estruturais que, interagindo entre si, formam um sistema que desempenha função específica.
Definições básicas
Sistema Estrutural de uma edificação é o conjunto de elementos estruturais (lajes, vigas, pilares, arcos ...) que, interagindo entre si, formam um sistema que desempenha função específica (transmitir esforços até a fundação, garantir estabilidade ...).
ELEMENTOS ESTRUTURAIS
Definições básicas
O sistema material da edificação capaz de transmitir cargas e absorver esforços, de modo a garantir a estabilidade, a segurança e integridade da construção, cooperando na sua organização espacial e na sua expressão, mediante ao adequado emprego dos materiais, das técnicas, dos processos e dos recursos econômico-financeiros (Weidle apud SILVA, 2000,p.13)
Sistemas Estruturais e a Arquitetura
“Antigamente quando de terminava uma estrutura viam-se apenas lajes e apoios. A arquitetura vinha depois, como uma coisa secundaria e eu queria o contrario essa junção da estrutura com a arquitetura, queria que elas nascessem juntas e fossem bastante sem nenhum detalhe para demonstrar o projeto de arquitetura.” (Oscar Niemeyer)
Concepção Estrutural, materiais
Influência do sistema estrutural na expressão arquitetônica
A principal função, do ponto de vista estrutural, para uma edificação é ser estática:
Disciplina: Sistemas Estruturais
Carregamentos (2/7)
Manoel J.C. Serrão
Eng. Civil, Esp. Seg. do Trabalho e Mestrando em Sustentabilidade Energética 
Conceito
Qualquer influência que causa forças ou deformações em uma estrutura.
É a interação da estrutura com a natureza e com o resultado de sua utilização.
Disciplina: Sistemas Estruturais
Introdução (1/7)
Manoel J.C. Serrão
Eng. Civil, Esp. Seg. do Trabalho e Mestrando em Sustentabilidade Energética 
Tipos de carregamento quanto ao ponto de aplicação
Concentrado
Aplicado a um ponto:
Pilar sobre ou sob laje ou viga;
Um objeto sobre uma laje
A reação de uma vigaapoiada sobre outra.
A ação do pilar sobre a fundação
Tipos de carregamento quanto ao ponto de aplicação
Distribuída linearmente
Aplicado em uma direção:
Parede sobre laje;
Parede sobre viga.
Parede sobre laje
Parede sobre viga
Tipos de carregamento quanto ao ponto de aplicação
Distribuída superficialmente
Aplicada em uma superfície:
Revestimento de piso;
Pessoas sobre a laje.
Revestimento de piso
Uma pilha de cimento sobre laje
Classificação dos carregamentos com relação ao tempo de atuação
Permanente
São carregamentos atuantes sobre a estrutura por toda sua vida útil, independente de condições externas.
Peso próprio;
Cobertura;
Alvenaria;
Revestimento;
Classificação dos carregamentos com relação ao tempo de atuação
Acidental
Nem sempre estão presentes em um Sistema Estrutural. Há épocas em que eles são atuantes e há épocas em que eles não aparecem. Mas sempre devem ser considerados.
Vento;
Empuxo;
Frenagem;
Sobrecargas;
Terremoto;
Neve;
Cargas móveis.
Ações Horizontais
Isopletas
NBR-6123
Classificação dos carregamentos com relação ao tempo de atuação
Acidental
Nem sempre estão presentes em um Sistema Estrutural. Há épocas em que eles são atuantes e há épocas em que eles não aparecem. Mas sempre devem ser considerados.
Vento;
Empuxo;
Frenagem;
Sobrecargas;
Terremoto;
Neve;
Cargas móveis.
Empuxo horizontal:
Estacionamento semienterrados e enterrados, reservatórios
Métodos empíricos
Classificação dos carregamentos com relação ao tempo de atuação
Acidental
Nem sempre estão presentes em um Sistema Estrutural. Há épocas em que eles são atuantes e há épocas em que eles não aparecem. Mas sempre devem ser considerados.
Vento;
Empuxo;
Frenagem;
Sobrecargas;
Terremoto;
Neve;
Cargas móveis.
Frenagem
Sobrecargas:
NBR 14936
Revisão
A arquitetura anda de mãos dadas com a engenharia através do relacionamento: Sistemas estruturais & concepção;
A boa interação entre esses dois ramos do conhecimento garante segurança (ELU) e Operacionalidade (ELS);
Sistema Estrutural de uma edificação é o conjunto de elementos estruturais que, interagindo entre si, formam um sistema que desempenha função específica.
Esses elementos são: Laje, pilar, viga, fundação ...
A interação entre eles são os esforços e as reações;
A interação da estrutura com o ambiente origina os carregamentos;
Os carregamentos podem ser concentrados ou distribuidos quanto a aplicação e quanto ao tempo de ação podem ser permanentes ou acidentais.
Exercício
Baseado noesquemaaolado definir a carga em:
lajes:  L1 
vigas: V2 e V5 
pilares: P5
 
Dados:
piso de escritório
revestimento da laje: taco 
alvenaria: 1 vez
material: concreto armado
reação da laje L1 nas vigas V1, V3, V4 e V5: 6,25 KN/m
reação da viga V1 sobre os pilares P1 e P2: 42,68 KN
reação da viga V2 sobre a viga V5 e o pilar P5: 2,19 KN
reação das vigas V3 e V4 sobre os pilares P1,P3 e P4: 43,93 KN
reação da viga V5 sobre o pilar P2: 43,33 KN
reação da viga V5 sobre o pilar P4: 44,21KN
Exercício
Para se calcular as cargas em uma edificação, inicia-se sempre de cima para baixo (da cobertura para o térreo) na seguinte sequência: lajes, vigas, pilares e fundações.
Portanto, no nosso exemplo, calcularemos primeiramente a carga na laje L1, depois nas vigas V2 e V5 e finalmente no pilar P5.
Pode-se ver através do esquema que as cargas são as seguintes:  
Laje L1:
Peso-próprio (distribuída/m2) + revestimento (distribuída/m2) + sobrecarga (distribuída/m2)
 
peso-próprio:
pp = 0,10 m . 25 kN/m3
= 2,50 kN/m2
revestimento:
rev
= 0,50 kN/m2
sobrecarga:
sc
= 2,00 kN/m2
 
total
= 5,00kN/m2
Viga V2:
Peso-próprio (distribuída/m)
 
peso-próprio: pp = 0,10 m . 0,50 m . 25 kN/m3 = 1,25 kN/m
 
Exercício
Viga V5:
Peso-próprio (distribuída/m) + alvenaria (distribuída/m) + reação da laje L1 (distribuída/m) +  reação da viga V2 (concentrada)
 
peso-próprio:
pp = 0,20 m . 0,50 m . 25 kN/m3
= 2,50 kN/m
alvenaria: 
alv = 2,60 m . 3,20 kN/m2
= 8,32 kN/m
laje:
laje
= 6,25 kN/m
 
total
= 17,07 kN/m
 
Exercício
Pilar P5:
Peso-próprio (concentrada) + reação da viga V2 (concentrada)
 
peso-próprio:
pp = 0,20 m . 0,20 m . 2,60 m . 25 kN/m3
= 2,60 kN
reação da viga:
viga
= 2,19 kN
 
total
= 4,79kN
Disciplina: Sistemas Estruturais
Esforços (3/7)
Manoel J.C. Serrão
Eng. Civil, Esp. Seg. do Trabalho e Mestrando em Sustentabilidade Energética 
Disciplina: Sistemas Estruturais
Reações (4/7)
Manoel J.C. Serrão
Eng. Civil, Esp. Seg. do Trabalho e Mestrando em Sustentabilidade Energética 
Disciplina: Sistemas Estruturais
Elementos estruturais (5/7)
Manoel J.C. Serrão
Eng. Civil, Esp. Seg. do Trabalho e Mestrando em Sustentabilidade Energética 
Disciplina: Sistemas Estruturais
Sistemas estruturais (6/7)
Manoel J.C. Serrão
Eng. Civil, Esp. Seg. do Trabalho e Mestrando em Sustentabilidade Energética 
Disciplina: Sistemas Estruturais
Fundações (7/7)
Manoel J.C. Serrão
Eng. Civil, Esp. Seg. do Trabalho e Mestrando em Sustentabilidade Energética