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SISTEMAS ESTRUTURAIS III Diego da Luz Adorna Sistemas estruturais — definições de estrutura Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: � Definir sistemas estruturais e seus elementos estruturais principais. � Caracterizar as estruturas lineares e os elementos estruturais de superfície. � Reconhecer os elementos estruturais de fundações. Introdução Os sistemas estruturais são formados por elementos estruturais devida- mente interligados, de modo a formar arranjos estruturais. De acordo com Hibbeler (2013), tais arranjos têm a função de resistir aos carregamentos incidentes na estrutura e transmiti-los ao solo. De acordo com a disposição dos elementos construtivos, os sistemas estruturais podem ser planos ou espaciais. Cada sistema estrutural tem características próprias de carregamento e transmissão de esforços, e os arquitetos e engenheiros devem saber reconhecer os tipos de sistema, de modo a prever o comportamento estrutural de uma edificação. Neste capítulo, você estudará os sistemas estruturais e verá como são formados. Também lerá sobre como se comportam estruturas lineares e elementos estruturais de superfície, além de ver quais são os elementos estruturais de fundações. Sistemas estruturais As primeiras tribos humanas sobreviviam da caça, pesca e coleta de frutos, e, em função da disponibilidade de recursos para a subsistência, precisavam mudar constantemente de região. A partir da descoberta da agricultura e da pecuária, o homem pode residir em um local fixo, surgindo, assim, a neces- sidade de construção de edificações. Ao longo da história da humanidade, muitas concepções construtivas foram desenvolvidas, permitindo a construção de monumentos que perduram até os tempos atuais, como as pirâmides de Gizé e o Coliseu de Roma. Essas estruturas foram construídas por meio de técnicas empíricas, decorrentes da observação do comportamento e do arranjo dos materiais. Atualmente, existem inúmeros software de cálculo estrutural, que permi- tem a análise do comportamento de uma estrutura sob diferentes condições ambientais e a realização de simulações, auxiliando o projetista na escolha da estrutura de melhor desempenho e custo-benefício. Entre os vários software de cálculo estrutural disponíveis, destacam-se o REVIT, o TQS e o EBERICK. No link a seguir, você encontra um texto sobre os prin- cipais software utilizados na construção e na elaboração de projetos estruturais. https://qrgo.page.link/DF5gP Elementos e sistemas estruturais O objetivo do cálculo estrutural é dimensionar os elementos estruturais que formam uma estrutura, de modo a garantir que ela resista aos carregamentos decorrentes da edificação e do meio ambiente. Ao conjunto de elementos estruturais que formam uma estrutura é dado o nome de sistema estrutural. Sistemas estruturais — definições de estrutura2 Santos (2017) define sistema estrutural como um conjunto de elementos interco- nectados cuja função é suportar os carregamentos incidentes sobre a estrutura e transmiti-los, de forma segura, para o solo. Os sistemas estruturais podem ser formados por elementos lineares, ele- mentos de superfície ou elementos de volume. A NBR 6118, de 26 de abril de 2014, da Associação Brasileira de Normas Técnicas (2014), define esses três tipos de elementos estruturais da seguinte maneira: � Elementos lineares: consistem em elementos unidimensionais, cujo comprimento longitudinal é, pelo menos, três vezes superior às dimen- sões da seção transversal. Os principais tipos de elementos lineares são: os tirantes, que consistem em elementos submetidos à tração axial; as colunas, que consistem em elementos submetidos à compressão axial; e as vigas, que consistem em elementos submetidos à flexão transversal e cisalhamento. � Elementos de superfície: consistem em elementos bidimensionais, cuja espessura é relativamente pequena, quando comparada as outras duas dimensões. Os principais tipos de elementos de superfície são as placas, as chapas e as cascas. As placas são elementos submetidos a carregamentos perpendiculares ao plano principal, como, por exemplo, as lajes. As chapas são elementos submetidos a carregamentos paralelos ao plano principal, como, por exemplo, as vigas-parede. As cascas, por fim, são elementos de superfície curvos, submetidos a carregamentos perpendiculares e dimensionados de modo a sofrer apenas esforços de compressão axial. Podem ser muito flexíveis, assumindo a forma de tendas (HIBBELER, 2013). � Elementos de volume: consistem em elementos tridimensionais, que possuem as três dimensões equivalentes. O principal tipo de elemento estrutural de volume é o bloco, utilizado, normalmente, na construção de fundações. 3Sistemas estruturais — definições de estrutura Sistemas estruturais planos e espaciais O comportamento de uma estrutura está condicionado ao arranjo espacial dos seus componentes. A disposição dos elementos estruturais governa a forma de carregamento e de transmissão dos esforços. Os sistemas estruturais podem, portanto, ser classificados de acordo com o seu arranjo espacial e a consequente forma de absorção e transmissão de esforços. Do ponto de vista do arranjo espacial, os sistemas estruturas podem ser classificados em sistemas estruturais planos e sistemas estruturais espaciais. No sistema estrutural plano, representado na Figura 1a, os elementos estru- turais são dispostos de maneira a formar um único plano, vertical, horizontal ou inclinado, de modo que os carregamentos estejam distribuídos em duas direções. No sistema estrutural espacial, representado na Figura 1b, os elementos estruturais são dispostos nos três planos do espaço, formando elementos tridimensionais. Neste tipo de estrutura, o carregamento pode estar disposto em qualquer direção. Figura 1. (a) Pórtico plano e (b) pórtico espacial. Fonte: Adaptada de Kimura (2007, p. 121-122). Sistemas estruturais — definições de estrutura4 Os elementos estruturais absorvem os carregamentos incidentes na estrutura e os transferem até o solo por meio dos elementos de fundação. Arquitetos e engenheiros devem, portanto, compreender a importância do arranjo espacial dos elementos estruturais, de modo a idealizar estruturas que permitam a transferência de cargas de forma segura e eficiente. Os software de cálculo estrutural auxiliam no projeto, contudo não idealizam a estrutura por conta própria. Essa responsabilidade é do projetista. Estruturas lineares e elementos de superfície Estruturas lineares Estruturas lineares são formadas, de acordo com Hibbeler (2013), em decorrên- cia da associação de elementos unidimensionais, ou seja, a partir da interação entre tirantes, colunas e vigas. A disposição dos elementos rege a forma com que os carregamentos serão aplicados e como os esforços serão transmitidos, definindo o comportamento da estrutura. As principais estruturas lineares são: vigas Gerber, pórticos, treliças, grelhas, cabos e arcos. A seguir, serão apresentadas as características com- portamentais desses sistemas estruturais. 5Sistemas estruturais — definições de estrutura Vigas Gerber As vigas Gerber, assim denominadas em homenagem ao engenheiro alemão Heinrich Gerber (1822–1912), são sistemas estruturais formados pela associação sucessiva de vigas (SORIANO, 2010). Neste tipo de estrutura, vigas não estáveis são apoiadas em vigas estáveis, como pode ser visto na Figura 2, por meio de apoios denominados dentes Gerber. São muito utilizadas na construção de estruturas pré-fabricadas, como galpões industriais e pontes. Assim como as vigas comuns, as vigas Gerber estão submetidas a carregamentos transversais, estando, portanto, submetidas a esforços de flexão transversal e cisalhamento. Figura 2. Viga Gerber em ponte. Fonte: Frederico Fazzini/Shutterstock.com. Sistemas estruturais — definições de estrutura6 Pórticos Os pórticos são estruturas rígidas formadas pela associação de vigas e