Capítulo do Livro

Prévia do material em texto

SISTEMAS 
ESTRUTURAIS II
Gabriel Lima Giambastiani
A estrutura
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 � Definir uma estrutura em construção civil.
 � Reconhecer o comportamento das estruturas quanto ao carregamento.
 � Descrever os principais tipos de estruturas.
Introdução
A noção de estrutura é compreendida de maneira intuitiva como um 
todo organizado ou um conjunto de elementos relacionados de maneira 
a conferir unidade a um conjunto. Na Construção Civil, esse conceito 
ganha contornos mais precisos descrevendo os elementos responsáveis 
pela solidez e estabilidade das edificações.
Neste capítulo, você irá reconhecer o conceito de estrutura sobretudo 
aplicado a edificações na construção civil e irá analisar as principais forças 
que atuam nelas.
Conceito de estrutura
O termo estrutura deriva da palavra latina structurā, designando um ajuste ou 
modo de construção; ou ainda, figurativamente, dá a ideia de ordem. O termo é 
composto a partir de structus, particípio passado do verbo struere, que significa 
empilhar, amontoar, montar, pôr junto. Da etimologia da palavra, inferimos 
que a noção de estrutura está ligada à presença de elementos organizados de 
acordo um uma ordem que possibilita a coesão do conjunto. 
Como é o caso de muitos conceitos gerais, trata-se de uma ideia polissêmica, 
empregada em muitas áreas de conhecimento, como acontece em "estrutura 
organizacional", utilizado para designar a hierarquia dentro de uma empresa, 
ou nos termos "infraestrutura" e "superestrutura", utilizados na sociologia mar-
xista para descrever a base econômica da sociedade e a projeção, a expressão 
cultural, das formas e relações de produção, respectivamente.
Na Arquitetura e na Engenharia, o termo estrutura é frequentemente usado 
como sinônimo de estrutura resistente, ou seja, o conjunto de elementos que 
sustentam a edificação. Há, no entanto, de se fazer uma advertência quanto 
à dissociação que pode ser feita entre a estrutura (resistente) e a forma do 
edifício, conforme lembra Mahfuz (2004, documento on-line): 
[...] uma das características das melhores arquiteturas que conhecemos é o papel 
importante que a estrutura resistente desempenha na definição da sua estrutura 
espacial e da configuração dos espaços individuais. Em alguns casos exemplares, 
a estrutura formal do edifício coincide com a estrutura resistente. 
Um dos exemplos de coincidência entre estrutura resistente e estrutura 
formal é o Museu Brasileiro da Escultura, projeto do arquiteto brasileiro Paulo 
Mendes da Rocha, em São Paulo (SP) (Figura 1).
Figura 1. Museu Brasileiro da Escultura, MuBE. Paulo Mendes da Rocha, 1995.
Fonte: [Paulo...], ([201-?]).
A estrutura de uma edificação, qualquer seja seu porte, é formada por 
vários elementos cuja finalidade é suportar e distribuir as cargas incidentes, 
que podem ser permanentes ou acidentais.
A estrutura2
Considerando o termo na sua acepção mais comum, a de estrutura resis-
tente, podemos fazer algumas distinções. A estrutura pode ser classificada, 
quanto a sua posição em relação ao solo, em infraestrutura e supraestrutura:
 � Infraestrutura: parte da estrutura posicionada abaixo da linha do 
solo. É o conjunto de elementos estruturais que dão suporte a outra ou 
outras estruturas.
 � Supraestrutura: parte da estrutura posicionada acima da linha do 
solo ou base.
A infraestrutura, também chamada de fundação, irá transferir as cargas da 
edificação para o solo. As fundações irão variar em função das características 
do solo do local de construção do edifício. São exemplos de fundações as sa-
patas, os radiers e as estacas. A supraestrutura é a parcela da estrutura acima 
do solo. Podemos classificá-la quanto a sua vinculação ou correspondência 
com os elementos de vedação. Outra classificação importante diz respeito à 
materialidade.
O termo infraestrutura pode ser usado em urbanismo para designar o conjunto de 
subsistemas que dão suporte à vida urbana. O sistema viário e as redes de saneamento 
e fornecimento de energia compõem a infraestrutura urbana. 
Quanto à vinculação com elementos de vedação, as estuturas podem ser 
classificadas em autoportantes e independentes:
 � Estrutura autoportante: nesse tipo de estrutura, elementos de vedação 
e estrutura portantes se confundem. É o caso de edifícios em alvenaria 
estrutural ou de edificações mais simples, em que a própria alvenaria 
é o elemento sustentador da edificação.
 � Estrutura independente: aqui há independência entre estrutura por-
tante e elementos de vedação. A estrutura é comumente chamada nesses 
casos de esqueleto, numa analogia ao corpo dos vertebrados. Pode ser 
de diversos materiais, como madeira, metal e concreto, como no caso 
do edifício do Congresso Nacional, em Brasília (Figura 2).
3A estrutura
Figura 2. Estrutura do Congresso Nacional, em con-
creto armado.
Fonte: Revista Brasília (1959).
Além da classificação quanto à vinculação aos elementos de vedação, 
pode-se categorizar as estruturas quanto a sua materialidade. Há uma grande 
diversidade de sistemas estruturais; confira a seguir uma lista com alguns dos 
principais tipos utilizados na construção civil.
 � Alvenaria de vedação ou convencional: é um sistema misto composto 
por estrutura independente de concreto armado e vedação por blocos 
cerâmicos. Sua principal vantagem é que se trata de uma técnica bastante 
difundida, portanto há bastante disponibilidade de técnicos e mão de 
obra com domínio desse sistema.
 � Alvenaria estrutural: a estrutura resistente é composta pelos próprios 
blocos. Tem o custo reduzido em relação ao sistema convencional; no 
entanto, tem limitações como tamanho de vãos e pouca flexibilidade 
na remoção das paredes.
A estrutura4
 � Steel frame: sistema construtivo racionalizado e industrializado. Es-
trutura resistente é formada por perfis de aço e o fechamento é feito 
com placas cimentícias, madeira ou drywall. Tem como características 
a rapidez de montagem e como ponto negativo a limitação quanto ao 
número de pavimentos e a potencial dificuldade para encontrar mão 
de obra especializada.
 � Wood frame: sistema parecido com o anterior; porém, com madeira.
Acesse o link ou o código QR a seguir e veja uma palestra 
com o arquiteto japonês Shigeru Ban sobre as possibili-
dades da construção de refúgios com papelão (legendas 
em português disponíveis).
https://qrgo.page.link/T7eb9
É improvável que um projetista domine todas as propriedades da grande 
variedade de sistemas construtivos existentes. É importante, no entanto, ter 
uma noção geral para considerá-las durante o projeto, além disso, integrar 
profissionais de outras áreas – como engenharia civil – para a proposição de 
soluções conjuntas.
Comportamento quanto ao carregamento
O objetivo final das estruturas na Arquitetura e na Engenharia é de resistir a 
carregamentos com o mínimo possível de deformações, de modo a garantir a 
habitabilidade dos espaços protegidos por esses elementos. O comportamento 
das estruturas varia de acordo com a natureza do carregamento realizado 
sobre cada elemento. A seguir, você conhecerá quatro tipos de carregamentos 
e as diferenças de comportamento estrutural para cada um deles. As quatro 
categorias com as quais você vai se familiarizar são: compressão, tração, 
flexão e cisalhamento.
5A estrutura
Compressão
A compressão é o comportamento estrutural apresentado quando existe a 
tendência de esmagamento de uma peça. Esse comportamento é muito comum 
em pilares, que recebem uma carga vertical de cima para baixo. A compressão 
ocorre em função de uma reação com sentido contrário e mesma direção e 
módulo que a ação original, ou seja, se um pilar recebe uma carga de 50 KN 
em seu topo, a sua base exercerá uma reação de 50 KN no sentido oposto.
Ao receber ação e reação com sentido oposto, o interior do elemento estru-
tural é comprimido, em uma tendência de esmagamento na qual a tendência 
natural seria o achatamento do elemento,como você pode ver na Figura 3. 
O cálculo estrutural dessas peças precisa prever e mitigar essa tendência 
natural, utilizando materiais e formas que resistam à compressão.
Figura 3. Pilar sofrendo compressão (a) e 
resistência interna da peça (b).
Fonte: Garrison (2018, p. 12).
A estrutura6
Tração
Ao contrário da compressão, a tração é a tendência de um elemento estrutural 
ser esticado, ou seja, sua base e topo serem afastados de acordo com a força 
aplicada em um dos lados e a reação causada por tal carregamento no outro 
extremo.
Assim como na compressão, a tração só existe se duas condições estiverem 
presentes: primeiro, é necessário que uma força atue sobre o elemento, tal 
força pode ser a gravidade ou algum elemento externo que puxe o objeto para 
si; em segundo lugar, é preciso existir uma reação de módulo e direção igual 
com sentido oposto, ou seja, este elemento precisa estar preso em um ponto 
fixo que evite o seu movimento.
Observe na Figura 4 um bloco suspenso de uma laje por um cabo. Sobre 
esse bloco atua apenas a gravidade, que puxa o elemento em direção ao solo; 
tal movimento não acontece porque o cabo que o prende à laje tem resistência 
suficiente para resistir à tração que ocorre entre a ação da gravidade e a reação 
exercida pela laje.
Figura 4. Cabo sob tração.
Fonte: Garrison (2018, p. 12).
7A estrutura
Flexão
Agora que você já conhece a compressão e a tração, observe a Figura 5. 
O elemento está ao mesmo tempo sendo comprimido e tracionado, certo? 
A viga foi flexionada, sua porção central sofreu abaulamento e o elemento 
estrutural tem tendência de deformação.
Figura 5. Viga sob flexão.
Fonte: Garrison (2018, p. 14).
Segundo Garrison (2018), o quanto a viga se flexionará depende de quatro fatores:
 � o material de que é feita a viga;
 � as características geométricas da seção transversal;
 � o vão vencido pela viga;
 � a carga aplicada à viga.
Uma das maneiras de determinar o grau de flexão de um elemento é a 
medição da deflexão, ou seja, a distância entre o elemento antes de receber a 
carga e a posição que este assume após a deformação.
A estrutura8
Cisalhamento
O cisalhamento é a tendência de rompimento de uma peça por corte. Imagine 
que duas placas metálicas são presas entre si por um parafuso; quando uma 
força afasta as placas, o parafuso acaba se rompendo no ponto de encontro 
dos elementos, conforme a Figura 6.
Figura 6. Parafuso rompido por cisalhamento.
Fonte: Garrison (2018, p. 15).
Outro exemplo de cisalhamento é similar ao já visto pela flexão. Se uma 
viga biapoiada é carregada além de sua capacidade resistente, pode ocorrer 
o rompimento do elemento no ponto de contato com um de seus apoios, de 
modo que a viga será cortada, conforme a Figura 7.
Figura 7. Viga rompida por cisalhamento.
Fonte: Garrison (2018, p. 15).
9A estrutura
Principais tipos de estrutura
Ao longo da história da construção e da engenharia, alguns tipos de estrutura 
foram utilizados e aperfeiçoados continuamente até se estabelecerem como 
modelos estruturais. Essa evolução foi resultado de respostas a necessidades 
construtivas reais, desde a construção de abrigos simples até o projeto de 
pontes com grandes vãos sem apoios. 
Atualmente, os principais tipos de estrutura são as vigas, as lajes, os pilares, 
as paredes, as fundações, os arcos, as treliças, os pórticos e as estruturas es-
taiadas. Cada um desses modelos traz suas particularidades e se adapta melhor 
ou pior a situações específicas. A seguir, você conhecerá as especificidades 
desses tipos e em quais situações cada um deles se adapta melhor.
Vigas
As vigas podem ser classificadas de acordo com a natureza de seus apoios 
em três categorias: simplesmente apoiadas, quando os elementos apenas re-
pousam sobre os apoios; contínuas, quando existe mais de um apoio, e em 
balanço, quando os apoios não estão localizados na extremidade da viga. 
As deformações das vigas são desenhadas com linhas pontilhadas, como você 
pode ver na Figura 8.
As vigas simplesmente apoiadas são as mais comuns e podem ser exempli-
ficadas por um pedaço de madeira apoiado sobre duas paredes; as contínuas 
são um pouco mais complexas, uma vez que geralmente têm um apoio rígido 
ou engastado e outros vínculos não fixos ou simplesmente apoiados. Por 
último, as vigas em balanço necessitam de um apoio engastado para que não 
aconteça a rotação do elemento.
A estrutura10
Figura 8. Tipos de vigas e suas deformações.
Fonte: Garrison (2018, p. 16).
Lajes
As lajes, a exemplo das vigas, são elementos que se estendem horizontalmente 
entre os apoios mas, ao contrário destas, são elementos planares e não linea-
res, normalmente utilizadas para conformar o piso dos espaços habitados de 
uma estrutura. Sua classificação quanto aos vínculos é a mesma das vigas: 
simplesmente apoiadas, contínuas ou em balanço.
Quanto ao comportamento estrutural, as lajes podem ter sua resistência 
reforçada, por meio da armadura, em uma ou duas direções. A escolha do 
sentido da armadura é feita de acordo com a geometria do elemento estrutural: 
lajes com um dos lados maior que duas vezes o outro ou com apoios em apenas 
dois dos lados são armadas apenas no vão menor, enquanto as lajes que ten-
dem a um equilíbrio dimensional maior e possuem apoios em todos os lados 
precisam ser reforçadas nos dois sentidos. Veja na Figura 9 esses tipos de laje.
11A estrutura
Figura 9. Tipos de laje conforme o sentido de sua armadura.
Fonte: Garrison (2018, p. 17).
Pilares
Os pilares são elementos lineares verticais que transferem a carga verticalmente 
em direção ao solo. Geralmente os pilares recebem cargas de compressão, 
salvo quando a carga é aplicada de maneira excêntrica ao elemento ou quando 
este é demasiadamente delgado, casos em que o elemento pode sofrer flexão.
A estrutura12
Paredes
Assim como os pilares, as paredes são elementos verticais que distribuem 
as cargas verticalmente em direção às fundações da edificação. Porém, di-
ferentemente dos pilares, as paredes são elementos planares, se estendendo 
horizontalmente.
Exceções à transmissão vertical das cargas são as paredes de contenção, 
utilizadas para conter a terra ou água em pavimentos de subsolo. Nestes casos, 
as paredes precisam ser projetadas de modo que resistam a forças atuando 
lateralmente. Observe a Figura 10.
Figura 10. Tipos de paredes estruturais.
Fonte: Garrison (2018, p. 18).
Fundações
As fundações podem ser consideradas os últimos elementos de uma estru-
tura, uma vez que são elas as responsáveis por transmitir todas as cargas de 
uma edificação para o solo. As fundações devem garantir a estaticidade e o 
equilíbrio da estrutura, permitindo que todo o sistema estrutural se comporte 
de maneira previsível.
13A estrutura
Cada fundação precisa ser calculada de acordo com a estrutura que deve ser 
suportada e o tipo de terreno sobre o qual será edificada. Existem, portanto, 
diversos tipos de estrutura; aqui você conhecerá quatro sistemas que atendem 
a necessidades específicas: as sapatas isoladas, as sapatas contínuas, os radiers 
e as estacas, conforme a Figura 11.
Figura 11. Tipos de fundações.
Fonte: Garrison (2018, p. 18).
As sapatas isoladas são elementos monolíticos construídos sob a base de 
pilares, distribuindo a carga pontual de uma coluna em uma área maior de 
solo. As sapatas contínuas são análogas às isoladas, com a diferença de serem 
construídas sob paredes. Muitas vezes são necessárias tantas sapatas isoladas 
e contínuas que se torna mais econômica a construção de um radier, uma 
fundação monolítica construída sob toda a edificação. Por último, existem as 
A estrutura14
fundações em estacas, elementos lineares inseridos em grandes profundidades 
no solo. Sobre as estacas é concretado um elemento chamado de bloco de esta-
cas, responsável pela transmissão das cargas da supraestrutura para as estacas.
Arcos
Como você ja sabe, compressão e tração são comportamentos estruturais 
opostos. Certos materiais, como alvenarias e o concreto,têm alta resistên-
cia à compressão e baixa resistência à tração. O arco foi desenvolvido para 
resolver grandes vãos sem depender da resistência à tração das pedras, uma 
vez que o seu formato distribui as cargas de tal maneira que não gera flexão 
e, consequentemente, gera apenas solicitações de compressão nos elementos.
Treliças
As treliças são sistemas estruturais bidimensionais ou tridimensionais com-
plexos no qual cada uma das peças está sempre sob tração ou compressão 
e nunca sobre flexão. Tal característica permite grandes vãos, sendo muitas 
vezes projetadas vigas treliçadas para vencer longas distâncias em estruturas 
metálicas, conforme a Figura 12.
Figura 12. Viga treliçada.
Fonte: Garrison (2018, p. 20).
15A estrutura
Pórticos
Os pórticos são estrutura rígidas compostas por mais de duas peças, geralmente 
dois pilares e uma viga. Geralmente esse sistema estrutural é utilizado para 
estruturas de aço, mas, não raramente são projetados pórticos de madeira ou 
concreto pré-moldado.
Estruturas estaiadas ou suspensas
Muitas vezes as estruturas precisam vencer vãos extremamente longos, como 
em pontes; nesses casos, são recomendadas as estruturas estaiadas, nas quais 
um ou mais pilares suportam elementos atirantados, geralmente cabos, que 
por sua vez sustentam os elementos mais abaixo da estrutura. Estes cabos 
são solicitados apenas em tração, enquanto os pilares que os sustentam são 
solicitados em compressão, como você pode ver na Figura 13.
Figura 13. Estrutura estaiada e suspensa.
Fonte: Garrison (2018, p. 22).
A estrutura16
A ponte do Brooklyn, em Nova York, foi construída em 1883 para ligar a ilha de Manhat-
tan ao Brooklyn. À época de sua construção, era a ponte suspensa com o maior vão 
do mundo: 486,3 metros entre suas duas torres. Seu modelo é um exemplo canônico 
de pontes suspensas, com os grandes cabos tensionados ligando as torres de pedra 
e concreto armado.
Fonte: Sean Pavone/Shutterstock.com.
Podendo ser formadas por grandes vigas, por arcos ou ainda serem suspen-
sas, as pontes por si sós poderiam ser assunto de um livro inteiro, tamanha a 
complexidade de suas estruturas. 
17A estrutura
Grandes estruturas e grandes vãos representam um de-
safio multifacetado na engenharia e na arquitetura. Seja 
pelo apelo estético e técnico, ou ainda pela capacidade 
retórica, é inegável que essas construções constituem 
verdadeiros marcos da civilização que as erige; pense no 
Panteão de Roma e no Congresso Nacional, em Brasília.
O artigo disponível no link ou no código QR a seguir 
comenta alguns dos sistemas estruturais empregados na 
construção de grandes estruturas.
https://qrgo.page.link/KD3no
GARRISON, P. Fundamentos de estruturas. 3. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018.
MAHFUZ, E. Reflexões sobre a construção da forma pertinente. Arquitextos, ano 4, fev. 
2004. Disponível em: http://www.vitruvius.com.br/revistas/read/arquitextos/04.045/606. 
Acesso em: 15 ago. 2019.
[PAULO Mendes da Rocha]. [S. l., 201-?]. Disponível em: https://upload.wikimedia.org/
wikipedia/commons/0/01/MuBE_03.JPG. Acesso em: 15 ago. 2019.
REVISTA BRASÍLIA, ano 3, n. 32, ago. 1959. Disponível em: http://www.arpdf.df.gov.br/
wp-content/uploads/2018/07/NOV-D-4-2-Z-0001-32d.pdf. Acesso em: 15 ago. 2019.
Leituras recomendadas
ALLEN, E.; IANO, J. Fundamentos da engenharia de edificações: materiais e métodos. 
Porto Alegre: Bookman, 2013.
CHING, F. D. K.; ONOUYE, B. S; ZUBERBUHLER, D. Sistemas estruturais ilustrados: padrões, 
sistemas e projeto. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2015.
REBELLO, Y. C. P. A concepção estrutural e a arquitetura. São Paulo: Zigurate, 2000.
A estrutura18