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FUNDAMENTOS DO PROJETO ESTRUTURAL W BA 07 43 _v 1. 0 22 Thiago Drozdowski Priosta Londrina Editora e Distribuidora Educacional S.A. 2019 Fundamentos do projeto estrutural 1ª edição 33 3 2019 Editora e Distribuidora Educacional S.A. Avenida Paris, 675 – Parque Residencial João Piza CEP: 86041-100 — Londrina — PR e-mail: editora.educacional@kroton.com.br Homepage: http://www.kroton.com.br/ Presidente Rodrigo Galindo Vice-Presidente de Pós-Graduação e Educação Continuada Paulo de Tarso Pires de Moraes Conselho Acadêmico Carlos Roberto Pagani Junior Camila Braga de Oliveira Higa Carolina Yaly Giani Vendramel de Oliveira Juliana Caramigo Gennarini Nirse Ruscheinsky Breternitz Priscila Pereira Silva Tayra Carolina Nascimento Aleixo Coordenador Nirse Ruscheinsky Breternitz Revisor Hudson Goto Editorial Alessandra Cristina Fahl Beatriz Meloni Montefusco Daniella Fernandes Haruze Manta Hâmila Samai Franco dos Santos Mariana de Campos Barroso Paola Andressa Machado Leal Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) Priosta, Thiago Drozdowski P958f Fundamentos do projeto estrutural / Thiago Drozdowski Priosta. – Londrina : Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2019. 164 p. ISBN 978-85-522-1556-1 1. Projeto estrutural. 2. Cálculo estrutural. 3. Dimensionamento. I. Priosta, Thiago Drozdowski. II. Título. CDD 620 Thamiris Mantovani CRB: 8/9491 © 2019 por Editora e Distribuidora Educacional S.A. Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida ou transmitida de qualquer modo ou por qualquer outro meio, eletrônico ou mecânico, incluindo fotocópia, gravação ou qualquer outro tipo de sistema de armazenamento e transmissão de informação, sem prévia autorização, por escrito, da Editora e Distribuidora Educacional S.A. mailto:editora.educacional%40kroton.com.br%20?subject= http://www.kroton.com.br/ 44 SUMÁRIO Apresentação da disciplina 5 Análise da NBR 6.120 e a determinação dos carregamentos permanentes e acidentais 7 Ações dos pilares nas fundações 27 Leitura do projeto arquitetônico e lançamento de estruturas 46 A estrutura do primeiro tipo e a organização das vagas de garagem 70 Dimensionamento de lajes 90 Dimensionamento de vigas 119 Dimensionamento de pilares 147 FUNDAMENTOS DO PROJETO ESTRUTURAL 55 5 Apresentação da disciplina O projeto de estruturas de uma edificação requer altíssimo nível de conhecimento, pois a segurança daqueles que nela habitam depende da integridade dessa estrutura. Neste segmento, os itens técnicos das normas que regem o cálculo, projeto, dimensionamento e detalhamento das estruturas devem ser bem conhecidos e sua utilização não pode ser negligenciada. Esse conhecimento deve se iniciar com o estudo das cargas que atuam nas edificações, pois elas são os motivos para as estruturas existirem, isso é, as estruturas existem para suportar as diversas cargas atuantes, sejam essas cargas oriundas de pessoas, carros, móveis, estoques, eletrodomésticos, vento, água, solo, etc. Todas essas cargas em conjunto são absorvidas pelos elementos estruturais que as transferem para as fundações para garantir que a edificação descarregue todas essas cargas para o solo. A arte de projetar estruturas também requer que o profissional responsável pelo projeto tenha conhecimento suficiente para interpretar corretamente os desafios arquitetônicos impostos pelas geometrias das edificações e assim conceber uma estrutura que seja não apenas segura e estável, mas também que consiga absorver as formas e propostas que o projeto de arquitetura sugere. Por esse motivo, nesta disciplina, há um tema específico para tratar da interpretação do projeto de arquitetura e quais os itens que podem gerar problemas na concepção de uma estrutura a partir da arquitetura. Essa tarefa de concepção estrutural supracitada tem seu início facilitado nas edificações de grande porte a partir da estruturação do pavimento tipo. Após essa etapa, são observadas as interferências que podem ocorrer em outros pavimentos, como, por exemplo, nas garagens, onde a organização das disposições das vagas é de extrema importância para o sucesso de um empreendimento, haja vista que esse pavimento tem Cesar Teixeira Highlight 66 recebido cada vez mais atenção por parte dos projetistas da arquitetura, que precisam viabilizar a funcionalidade das cidades por meio da necessidade de se estacionarem os veículos. Na sequência da disposição dos elementos estruturais por meio da concepção estrutural, há necessidade de se dimensionarem esses elementos, que é o processo de verificação da quantidade de material que um elemento necessita para suportar os esforços atuantes (seja concreto e aço nas estruturas de concreto armado ou apenas aço nas estruturas metálicas). Além da quantidade de material, outro ponto importante avaliado no dimensionamento é o formato dos elementos, pois é conhecido o fato de que diferentes formatos possuem diferentes modos de resistir aos esforços solicitantes. De fato, portanto, o projeto de estruturas possui muitos detalhes que devem ser estudados e conhecidos não apenas nos livros, mas também nas diversas normas existentes que indicam prerrogativas importantes tanto para o cálculo, para o projeto e para o detalhamento de toda uma estrutura. 77 7 Análise da NBR 6.120 e a determinação dos carregamentos permanentes e acidentais Autor: Thiago Drozdowski Priosta Objetivos • Conceituar o uso da NBR 6.120 no âmbito do cálculo de estruturas. • Conhecer as cargas que atuarão nas diversas estruturas. • Diferenciar os carregamentos atuantes nas estruturas. • Determinar os valores das cargas a serem consideradas nos projetos de estruturas de edificações. 88 1. Introdução A estrutura de uma edificação pode ser definida como sendo o conjunto de elementos inter-relacionados entre si, com a função de resistir às ações atuantes, de modo seguro, funcional e durável. As estruturas devem absorver essas ações e transmiti-las até o solo por meio das fundações, mantendo sua estabilidade e segurança. As ações atuantes são as causas que geram esforços e deformações nas estruturas. É comum definir as deformações como ações indiretas e as cargas (forças) como ações diretas. A norma brasileira que trata das ações diretas, isso é, as cargas que atuam nas estruturas, é a NBR 6.120: cargas para o cálculo de estruturas de edificações, cuja versão de 1980 foi corrigida em 2000 (ABNT, 2000). O cálculo das diversas estruturas existentes passa sempre pelo processo de definição dessas cargas (forças) que irão atuar durante a vida útil da construção. Com o passar dos anos, o surgimento da informática aplicada à engenharia e o desenvolvimento da metodologia de cálculo dos estados limites, inúmeros casos de carregamentos são adotados durante a fase de projeto de uma estrutura. PARA SABER MAIS Sáles, Munaiar Neto e Malite (2015, p. 70) definem que o método dos estados limites “consiste em estabelecer limites acima dos quais a estrutura (ou parte dela) não respeita as condições especificadas para o uso normal da construção ou que impliquem comprometimento da durabilidade, caracterizando limites de serviço, ou acima dos quais a estrutura (ou parte dela) será considerada insegura, caracterizando limites últimos”. 99 9 A definição exata de quais carregamentos atuarão é tarefa do profissional que a está calculando e não pode ser negligenciada ou então delegada a um software que eventualmente pode ser utilizado como auxiliador para os cálculos do dimensionamento e das verificações necessárias. O uso de ferramentas computacionais é uma prática recorrente na atualidade, em virtude da grande rapidez de processamento de estruturas grandes e complexas, porém, a definição exata das cargas passa pela interpretação que o engenheiro deve fazer da arquitetura e da proposta de utilização que a edificação possui,sendo, por vezes, necessário estimar alguma mudança de utilização no futuro, por exemplo. Diante desse panorama, fica a cargo do Engenheiro Estrutural a difícil tarefa de não “se perder” diante de tantos carregamentos gerados automaticamente por um sistema computacional. A compreensão dos conceitos básicos que envolvem o assunto torna-se então fundamental para que se possam verificar os resultados emitidos de maneira segura e eficaz. (KIMURA, 2018, p. 43). A utilização correta e eficaz da NBR 6.120 (ABNT, 2000) é, portanto, uma necessidade real para que a estrutura possa desempenhar seu papel como “esqueleto” da edificação, proporcionando capacidade resistente e segurança a todos os que habitarão na edificação. Com os estudos e o uso recorrente da norma, você, estudante, irá se habituar com os termos e proposições normativas, facilitando a compreensão ao longo do tempo. Observe na Figura 1 alguns exemplos de carregamentos comuns nas edificações. 1010 Figura 1 – Cargas sobre uma estrutura Fonte: Peter_visual/iStock.com. Perceba que, na Figura 1, a estrutura do mezanino deve suportar algumas cargas específicas, onde, detalhando cada uma delas, teremos como elencar as seguintes: peso próprio da estrutura metálica do mezanino, fechamento do piso (comumente adotado em placa cimentícia), revestimento do piso, móveis sobre o piso (poltronas, elementos de decoração, estantes de livros, tapete, entre outros) e as pessoas que circularão nesse ambiente. Todas essas cargas são previstas nos códigos normativos, neste caso, exatamente na NBR 6.120 (ABNT, 2000). 2. Classificação das cargas e ações As ações adotadas nos cálculos das estruturas podem ser classificadas de acordo com sua natureza, sendo elas permanentes ou variáveis. As ações permanentes, por meio da NBR 8.681: ações e segurança nas estruturas – procedimento, cuja versão de 2003 foi corrigida em 2004 (ABNT, 2004) são definidas em seu item 3.5 como “ações que ocorrem com valores constantes ou de pequena variação em torno de sua média, durante praticamente toda a vida da construção”. 1111 11 As ações variáveis são definidas pela NBR 8.681 (ABNT, 2004) em seu item 3.6 como “ações que ocorrem com valores que apresentam variações significativas em torno de sua média, durante a vida da construção”. Conforme já observado anteriormente, as ações são divididas em diretas e indiretas. No contexto das cargas adotadas para o cálculo de estruturas, estas são definidas como ações diretas, pois vão atuar “diretamente sobre a estrutura”, gerando esforços, deformações, deslocamentos, etc. Dessa forma, para a definição das cargas que atuam nas estruturas, existem dois tipos de cargas: cargas permanentes diretas e cargas variáveis diretas. 2.1 Cargas permanentes diretas As cargas permanentes diretas são as cargas que atuarão na estrutura com valor constante ou praticamente constantes. A NBR 6.120 (ABNT, 2000) define essas cargas permanentes como o tipo de carga que é constituído pelo peso próprio da estrutura e pelo peso de todos os elementos construtivos fixos e instalações permanentes, assim como o peso de equipamentos fixos que possam ficar situados sobre a estrutura. A exemplo desse tipo de carregamento, o mais representativo deles é o peso próprio que a estrutura vai ter. Esse carregamento depende diretamente do material do qual a estrutura é constituída, por exemplo, em uma estrutura de concreto, deve-se considerar o peso específico do material concreto, se a estrutura estiver constituída de material metálico, deve-se considerar o peso específico do aço e assim por diante. ASSIMILE É comum ouvir ou ler no meio técnico que as estruturas metálicas são mais leves que as estruturas de concreto armado. Isso ocorre porque, mesmo sendo de peso Cesar Teixeira Highlight Cesar Teixeira Highlight 1212 específico maior que o concreto, a estrutura de aço é projetada e executada de modo muito mais esbelta, com seções menores, resultando em elementos de menor peso quando comparadas com as peças em concreto armado. Os pesos específicos dos materiais a serem adotados nas construções das edificações são definidas na NBR 6.120 (ABNT, 2000) e devem obrigatoriamente serem observados quando da fase de projeto da estrutura. Na Tabela 1, os pesos específicos dos materiais são apresentados. Tabela 1 – Peso específico dos materiais de construção da NBR 6.120 (2000) Materiais Peso específico aparente (kN/m³) Rochas Arenito 26 Basalto 30 Gneisse 30 Granito 28 Mármore e cálcario 28 Blocos artificiais Blocos de argamassa 22 Cimento amianto 20 Lajotas cerâmicas 18 Tijolos furados 13 Tijolos maciços 18 Tijolos sílico-calcários 20 Revestimentos e concretos Argamassa de cal, cimentos e areia 19 Argamassa de cimento e areia 21 Argamassa de gesso 12,5 Concreto simples 24 Concreto armado 25 Madeiras Pinho, cedro 5 Louro, imbuia, pau-óleo 6,5 Guajuvirá, guatambu, grápia 8 Angico, cabriuva, ipê-róseo 10 1313 13 Metais Aço 78,5 Alumínio e ligas 28 Bronze 85 Chumbo 114 Cobre 89 Ferro fundido 72,5 Estanho 74 Latão 85 Zinco 72 Materiais diversos Alcatrão 12 Asfalto 13 Borracha 17 Papel 15 Plástico em folhas 21 Vidro plano 26 Fonte: adaptado da NBR 6.120 (ABNT, 2000). Esses pesos específicos são adotados na composição das cargas permanentes e são calculados de acordo com a utilização e também de acordo com o tipo de elemento estrutural ou elemento construtivo adotado. Por exemplo, para a composição da carga de peso próprio de uma viga em concreto armado, deve-se conhecer a seção que essa viga possui e utilizar o peso específico do material, que no caso é de 25 kN/m³. 2.2 Cargas variáveis diretas da NBR 6.120 As cargas variáveis diretas são as cargas acidentais decorrentes do uso da edificação. Essas cargas acidentais são as cargas que acidentalmente atuarão na estrutura, devido à utilização da mesma como edificação (por esse motivo, são consideradas variáveis, pois podem acidentalmente atuar ou não). A NBR 6.120 (ABNT, 2000) define carga acidental em seu item 2.2: “É toda aquela que pode atuar sobre a estrutura de edificações em função do seu uso (pessoas, móveis, materiais diversos, veículos, etc)”. 1414 As cargas acidentais que atuam nas estruturas são consideradas como atuando de maneira uniformemente distribuída, isso é, considera-se que a carga está distribuída de maneira uniforme, constante, por toda a área de atuação da mesma. Essas cargas acidentais que atuam verticalmente na estrutura possuem valores mínimos que devem ser considerados nos cálculos dos projetos estruturais e estão apresentadas na Tabela 2. Tabela 2 – Valores mínimos das cargas verticais da NBR 6.120 (2000) Local Carga (kN/m²) 1 Arquibancadas 4 2 Balcões Mesma carga da peça com a qual se comunicam e as previstas em 2.2.1.5 - 3 Bancos Escritórios e banheiros 2 Salas de diretoria e de gerência 1,5 4 Bibliotecas Sala de leitura 2,5 Sala de depósito de livros 4 Sala com estantes de livros a ser determinada em cada caso ou 2,5 kN/m² por metro de altura observado, porém o valor mínimo de 6 5 Casa de máquinas (Incluindo o peso das máquinas) a ser determinada em cada caso, porém com o valor mínimo de 7,5 6 Cinemas Plateia com assentos fixos 3 Estúdio e plateia com assentos móveis 4 Banheiro 2 7 Clubes Sala de refeições e de assembleia com assentos fixos 3 Sala de assembleia com assentos móveis 4 Salão de danças e salão de esportes 5 Sala de bilhar e banheiro 2 8 Corredores Com acesso ao público 3 Sem acesso ao público 2 9 Cozinhas não residenciais A ser determinada em cada caso, porém com o mínimo de 3 10 Depósitos A ser determinada em cada caso e, na falta de valores experimentais, conforme o indicado em 2.2.1.3 - 11 Edifícios residenciais Dormitórios, sala, copa, cozinha e banheiro 1,5 Despensa, área de serviço e lavanderia 2 1515 15 12 Escadas Com acesso ao público 3 Sem acesso ao público 2,5 13 Escolas Anfiteatro com assentos fixos Corredor e sala de aula 3 Outrassalas 2 14 Escritórios Salas de uso geral e banheiro 2 15 Forros Sem acesso a pessoas 0,5 16 Galerias de arte A ser determinada em cada caso, porém com o mínimo 3 17 Galerias de lojas A ser determinada em cada caso, porém com o mínimo 3 18 Garagens e estacionamentos Para veículos de passageiros ou semelhantes com carga máxima de 25 kN por veículo. Valores de φ indicados em 2.2.1.6 3 19 Ginásios de esportes 5 20 Hospitais Dormitórios, enfermarias, sala de recuperação, sala de cirurgia, sala de raio X e banheiro 2 Corredor 3 21 Laboratórios Incluindo equipamentos, a ser determinado em cada, porém com o mínimo 3 22 Lavanderias Incluindo equipamentos 3 23 Lojas 4 24 Restaurantes 3 25 Teatros Palco 5 Demais dependências: cargas iguais às especificadas para cinemas - 26 Terraços Sem acesso ao público 2 Com acesso ao público 3 Inacessível a pessoas 0,5 Destinados a heliportos elevados: as cargas deverão ser fornecidas pelo órgão competente do Ministério da Aeronáutica - 27 Vestíbulo Sem acesso ao público 1,5 Com acesso ao público 3 Fonte: adaptado da NBR 6.120 (ABNT, 2000). Conforme o item 2.2.1.5 da NBR 6.120 (ABNT, 2000), é definida a carga referente ao item 2 – Balcões da Tabela 2 como: “Ao longo dos parapeitos e balcões devem ser consideradas aplicadas uma carga horizontal de 0,8 kN/m na altura do corrimão e uma carga vertical mínima de 2 kN/m”. 1616 Ainda de acordo com o que apresenta a NBR 6.120 (ABNT, 2000), com relação às cargas de cobertura, no seu item 2.2.1.4 informa: “Todo elemento isolado de coberturas (ripas, terças e barras de banzo superior de treliças) deve ser projetado para receber, na posição mais desfavorável, uma carga vertical de 1 kN, além da carga permanente”. Para as cargas de escadas constituídas por degraus isolados (em balanço), a NBR 6.120 (ABNT, 2000) define em seu item 2.2.1.7 que: “Quando uma escada for constituída por degraus isolados, estes devem ser calculados para suportarem uma carga concentrada de 2,5 kN, aplicada na posição mais desfavorável”. A Figura 2 ilustra uma escada desse tipo, com degraus isolados. Quando a norma se refere à posição mais desfavorável, o ponto em que deve ser aplicada a carga vertical é na ponta do degrau em balanço, conforme indicação por seta vermelha em alguns dos degraus da mesma Figura 2. Figura 2 – Escada com degraus isolados (em balanço) Fonte: adaptado de Bulgac/iStock.com. Para as escadas, conforme item 12 da Tabela 2, a carga é dividida entre cargas com acesso ao público e cargas sem acesso ao público. Essa diferenciação ocorre para situações em que se define o termo “sem 1717 17 acesso ao público” para as escadas destinadas a uso residencial e as escadas “com acesso ao público” para as escadas de uso comercial ou em edifícios públicos. Para o caso dos pilares e das fundações, a NBR 6.120 (ABNT, 2000) possui um importante item (2.2.1.8) referente à possibilidade de redução das cargas acidentais de edifícios para escritórios, residências e casas comerciais não destinados a depósitos. Essa possibilidade se justifica na baixa probabilidade de ocorrência de que todos os pavimentos estejam carregados (habitados) simultaneamente com seus valores máximos. Por essa razão, essa redução é permitida conforme apresentado na Tabela 3. Tabela 3 –Redução percentual das cargas acidentais da NBR 6.120 (ABNT, 2000) Número de pisos que atuam sobre o elemento Redução percentual das cargas acidentais (%) 1, 2 e 3 0 4 20 5 40 6 ou mais 60 Nota: para efeito de aplicação desses valores, o forro deve ser considerado como piso Fonte: adaptado da NBR 6.120 (ABNT, 2000). Você pode perceber que, de acordo com a quantidade de pilares que estiver atuando sobre o elemento, essa redução vai tendo o seu percentual aumentado. Também é importante salientar que, para o caso de edificações residenciais, tipo sobrado, onde, no geral, o número de pavimentos é igual a 2, não há permissão para essa redução. 2.3 Exemplo de aplicação Para ilustrar melhor a utilização da NBR 6.120 (ABNT, 2000), o exemplo a seguir visa calcular as cargas de uma laje para um pavimento destinado a uso residencial. A Figura 3 apresenta um trecho de uma planta residencial, com destaque ao dormitório dessa residência, onde serão calculadas as cargas da laje dessa estrutura. 1818 Será considerado para composição dos carregamentos: • laje maciça em concreto armado com espessura de 11 cm; • contrapiso sobre a laje realizado em argamassa de cimento e areia com espessura de 5 cm; • sobre o contrapiso será assentado piso do tipo granito. A espessura da pedra granito usada como revestimento será de 2,5 cm; • alvenaria sobre a laje realizada em bloco cerâmico tipo tijolo furado, com espessura de 14 cm e pé-direito de 2,60 m; • uso do ambiente: dormitório residencial. Figura 3 – Dormitório para cálculo das cargas da laje Fonte: elaborado pelo autor. As cargas nas lajes são calculadas como sendo cargas verticais uniformemente distribuídas por metro quadrado, por esse motivo, as unidades dessas cargas serão adotadas em unidade de força (em kN) por unidade de área (em m²). 1919 19 A laje do exemplo é uma laje quadrada (quadrado quadriculado azul), com dimensões de 3,905 m por 3,905 m. Essa dimensão é obtida por meio do eixo dos apoios da laje, isso é, 3,73 m + 0,10 m (metade da parede de 20 cm) + 0,075 m (metade da parede de 15 cm). Dessa forma, a área da laje é de 15,249 m². 2.4 Cargas permanentes As cargas permanentes usualmente recebem a simbologia “g”. Para o exemplo da Figura 3, as cargas permanentes atuantes são aquelas descritas pelo peso próprio da estrutura (no caso, da laje), pelo peso dos elementos que irão compor o pavimento, por exemplo o contrapiso e o revestimento, e também um trecho de alvenaria (círculo vermelho da Figura 3) apoiado diretamente sobre a laje maciça de concreto armado. Essa carga de alvenaria sobre a laje deverá, neste exemplo, ser transformada em uma carga por área, para que seja possível realizar a somatória de carregamentos atuantes na laje. Em outras ocasiões, cada caso deve ser analisado de maneira individual. Nas lajes maciças, as alvenarias posicionadas sobres elas devem ter suas cargas que são lineares em cargas distribuídas por área. 2.4.1 Cargas permanentes de peso próprio Esta é uma carga que sempre deve ser considerada, pois toda estrutura possui peso próprio, independentemente do tipo de material que a compõe. Seu cálculo depende diretamente da seção transversal do elemento, por exemplo, das lajes, vigas e dos pilares. A carga permanente de peso próprio da laje da estrutura é calculada por meio da multiplicação da espessura da laje pelo peso específico do material que compõe a estrutura, que, neste caso, é concreto armado. Retirando esse valor da Tabela 1, o peso específico do concreto armado é tomado como 25 kN/m³ e a espessura da laje definida no exemplo é de 11 cm. 2020 Desse modo, temos a Eq. 1 para o cálculo da carga permanente de peso próprio da laje. Eq. 1 2.4.2 Cargas permanentes de contrapiso A carga permanente de contrapiso da laje da estrutura é calculada por meio da multiplicação da espessura do contrapiso pelo peso específico do material que compõe esse contrapiso, que, neste caso, é argamassa de cimento e areia. Retirando esse valor da Tabela 1, o peso específico da argamassa de cimento e areia é tomado como 21 kN/m³ e a espessura do contrapiso definido no exemplo é de 5 cm. Desse modo, temos a Eq. 2 para o cálculo da carga permanente de contrapiso da laje. Eq. 2 2.4.3 Cargas permanentes de revestimento A carga permanente de revestimento da laje da estrutura é calculada por meio da multiplicação da espessura do revestimento pelo peso específico do material que compõe o revestimento, que, neste caso, é do tipo pedra de granito. Retirando esse valor da Tabela 1, o peso específico da pedra de granito é tomado como 28 kN/m³ e a espessura da pedra granito usada como revestimento definidono exemplo é de 2,5 cm. Desse modo, temos a Eq. 3 para o cálculo da carga permanente de revestimento da laje. Eq. 3 2.4.4 Cargas permanentes de alvenaria Como neste caso há um trecho de alvenaria apoiado diretamente sobre a laje maciça de concreto armado (círculo vermelho da Figura 3), essa carga deve ser considerada no cálculo das cargas da laje. Para este 2121 21 exemplo, foi adotada a alvenaria de bloco cerâmico tipo tijolo furado. Retirando esse valor da Tabela 1, o peso específico do tijolo furado é tomado como 13 kN/m³. Pelos dados do exemplo, a espessura do bloco é de 14 cm, a altura da alvenaria é de 2,60 m e o comprimento dessa alvenaria é obtido por meio da Figura 3, sendo 1,15 m. Desse modo, a Eq. 4 apresenta o modo de cálculo da carga permanente de alvenaria sobre a laje. Eq. 4 Na Eq. 4, o bwalv representa a largura do bloco, halv representa a altura da alvenaria e lalv representa o comprimento da alvenaria sobre a laje. Entretanto, de acordo com o item 2.1.2 da NBR 6.120 (ABNT, 2000), quando for considerado o uso de paredes divisórias, o valor mínimo deve ser adotado como sendo 1 kN/m². Neste caso, a favor da segurança, será então descartado o valor de 0,357 kN/m² e adotado o valor de 1 kN/m². A somatória de cargas permanentes atuantes sobre esta laje será adotada conforme a Eq. 5. Eq. 5 A carga permanente que atua sobre a laje é de 5,50 kN/m². Perceba que, conforme observado anteriormente, se trata de uma carga distribuída por área, ou seja, é a carga que cada 1 m² da laje possui distribuída verticalmente sobre ela. 2.4.5 Cargas acidentais As cargas acidentais usualmente recebem a simbologia “q”. Para o exemplo da Figura 3, as cargas acidentais atuantes são as provenientes do uso da edificação, que, no caso desta laje, é para um dormitório residencial. Na Tabela 2, item 11, a carga definida para dormitório é de 1,5 kN/m². Neste caso, portanto, a carga acidental q é igual a 1,5 kN/m². 2222 2.4.6 Cargas total na laje Para se obter a carga atuante total “ptotal” na laje do dormitório, deve- se somar as cargas permanentes “g” e as cargas acidentais “q”. A Eq. 6 apresenta o valor da carga ptotal dessa laje usada como dormitório residencial. Eq. 6 Neste caso, por se tratar de cálculo de lajes, não há consideração para redução das cargas atuantes. Essa possibilidade existe apenas para o cálculo de pilares e fundações. 3. Considerações finais • O uso correto dos carregamentos durante o cálculo de uma estrutu- ra é uma tarefa de extrema importância, uma vez que a segurança de toda a edificação passa por essa consideração. Um erro nessa fase do projeto pode gerar resultados catastróficos e, nesse caso, portanto, requer que o profissional esteja habituado com o uso da NBR 6.120 (ABNT, 2000) como material de consulta e utilização diária. • O uso de softwares atualmente auxilia no processo de composi- ção das cargas, entretanto, a definição de qual carga atua em cada ambiente ou edificação é de responsabilidade do engenheiro que está calculando o projeto, nesse caso, estude a norma NBR 6.120 (ABNT, 2000) e a composição dos carregamentos possíveis para as mais diversas estruturas existentes, a fim de se familiarizar com os valores e detalhes normativos. TEORIA EM PRÁTICA Para uma determinada estrutura, um cliente o contratou para que você calcule as cargas que atuarão em dois elementos estruturais, sendo eles: uma laje e uma viga. 2323 23 Sabendo que a laje é para uso comercial do tipo escritório, com divisórias em dry-wall, executada em concreto armado maciço de espessura de 13,0 cm, acabamento em contrapiso de cimento e areia com espessura de 3,0 cm e com revestimento em porcelanato com carga de 0,55 kN/ m², calcule a carga da laje. Para a viga, esta possui seção de 19x50 cm, em concreto armado. Sobre esta viga ainda há uma alvenaria de tijolo maciço com a largura do bloco de 19 cm e altura de 3,10 m. Também sobre a viga se apoia uma laje com carga distribuída linearmente de 9,73 kN/m. VERIFICAÇÃO DE LEITURA 1. O ponto mais desfavorável que a norma NBR 6.120 (ABNT, 2000) define para aplicação da carga concentrada de 2,5 kN em escadas compostas por degraus isolados é: a. Na vertical, no meio do degrau. b. Na vertical, na face mais próxima ao apoio. c. Na vertical, na ponta do degrau em balanço. d. Na horizontal, na ponta do degrau em balanço. e. Na horizontal, no meio do degrau. 2. Em relação aos carregamentos que atuam sobre as estruturas, considere as afirmações a seguir e assinale com V para verdadeiro e com F para falso. ( ) As cargas permanentes são as cargas que atuam por pouco tempo nas estruturas, porém se repetem sempre. 2424 ( ) As cargas acidentais de uso da edificação são consideradas cargas variáveis. ( ) As cargas acidentais verticais utilizadas no cálculo das estruturas são as apresentadas nas tabelas da NBR 6.120 (ABNT, 2000) e possuem seus valores máximos definidos nessas tabelas. ( ) Sempre deve ser considerada uma carga permanente de utilização da estrutura. Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta. a. V – V – F – F. b. F – V – F – F. c. V – F – F – V. d. F – V – F – V. e. F – V – V – F. 3. De acordo com a NBR 6.120 (ABNT, 2000), a redução das cargas verticais pode ser realizada em quais elementos estruturais das edificações para escritórios, residências e casas comerciais não destinados a depósitos? a. Pilares e vigas. b. Lajes e fundações. c. Vigas e lajes. d. Pilares e lajes. e. Pilares e fundações. 2525 25 Referências bibliográficas ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6.120: cargas para o cálculo de estruturas de edificações. Rio de Janeiro, 1980 versão corrigida: 2000. 6 p. . NBR 8.681: ações e segurança nas estruturas - procedimento. Rio de Janeiro, 2003 versão corrigida: 2004. 18 p. KIMURA, A. Informática aplicada em estruturas de concreto armado. 2. ed São Paulo: Oficina de Textos, 2018. SÁLES, J. J. de; MUNAIAR NETO, J.; MALITE, M. Segurança nas estruturas. 2. ed. Rio de Janeiro: Elsevier Editora, 2015. Gabarito Questão 1 – Resposta C O ponto mais desfavorável para a aplicação da carga concentrada vertical de 2,5 kN em escadas de degraus isolados é na ponta do balanço, pois nesse ponto é onde essa carga gera o maior momento fletor ao longo do degrau, em direção ao apoio, uma vez que é o ponto mais distante do apoio. Quanto maior a distância, maior o momento fletor. Questão 2 – Resposta B A primeira afirmação é falsa, pois as cargas permanentes são aquelas que atuam com valores constantes ou praticamente constantes ao longo da vida da construção. A segunda afirmação é verdadeira, pois as cargas acidentais de uso da edificação são sim cargas variáveis. A terceira afirmação é falsa, pois os valores definidos nas tabelas da norma NBR 6.120 (ABNT, 2000) são os valores mínimos a serem considerados e não máximos. A quarta afirmação é falsa, pois as cargas de utilização da estrutura são as cargas acidentais e, portanto, cargas variáveis. 2626 Questão 3 – Resposta E Segundo a NBR 6.120 (ABNT, 2000) a redução de cargas em edifícios para escritórios, residências e casas comerciais não destinados a depósitos só pode ser considerada no cálculo de pilares e fundações. Essa redução ainda ocorre em função do número de pisos que atuam sobre o elemento considerado. 2727 27 Ações dos pilares nas fundações Autor: Thiago Drozdowski Priosta Objetivos • Conhecer a distribuição das cargas em uma edificação. • Listar as diversas ações dos pilares. • Compreender as ações que ocorrem nos pilares e que geram influência nas fundações. 2828 1. Introdução Diversas ações atuam nas estruturas e, consequentemente, em seus elementos estruturais. Por meio da NBR 6.120: cargas para o cálculo de estruturas de edificações, cuja versão de 1980 foi corrigida em 2000 (ABNT, 2000), e da NBR 8.681: ações e segurança nas estruturas – procedimento, cuja versão de 2003 foi corrigida em 2004(ABNT, 2004), essas ações podem ser definidas, classificadas e obtidas. O conceito de ação apresentado pela NBR 8.681 (ABNT, 2004) em seu item 3.4 é o de que ações são “causas que provocam esforços ou deformações nas estruturas”. Em se tratando dos esforços que atuam nos pilares, esse conceito não é diferente, uma vez que as ações transmitem esforços e deformações aos pilares. Estes, por sua vez, também transmitem as ações às fundações, sendo esforços ou deformações. Os esforços e deformações absorvidos pelas fundações são então transmitidos ao terreno/solo que as deve suportar de modo estável e seguro. 2. Superestrutura x infraestrutura A região de transição entre os pilares e as fundações recebe comumente o nome de região de transição entre a superestrutura e a infraestrutura. A infraestrutura pode ser considerada como um subsistema que está inserido em outro sistema, chamado de sistema geotécnico. Em outras palavras, os elementos posicionados acima do solo (ou acima das fundações) são elementos que compõem a superestrutura, neste caso, são listados os pilares, as vigas, lajes, escadas, entre outros. Os elementos que estão posicionados em contato com o solo (que são responsáveis por transferir os carregamentos ao solo) são os elementos que compõem a infraestrutura, como, por exemplo, as estacas, os tubulões, sapatas, radier, entre outros. 2929 29 Conforme já mencionado, a infraestrutura é o sistema responsável por absorver todas as ações da superestrutura e repassar essas ações ao solo. O solo, por sua vez, deve ter capacidade portante de resistir às ações impostas pela estrutura da edificação. Caso o solo não apresente condições de suporte, problemas estruturais graves podem ocorrer, como, por exemplo, o deslocamento vertical dos apoios, mais conhecidos como recalques diferenciais das fundações1. A garantia de estabilidade por parte do sistema geotécnico ocorre a partir da análise das cargas que atuam no solo, da composição e da capacidade portante desse solo. Essas atividades estão diretamente relacionadas à área da engenharia que visa estudar o comportamento do solo perante as ações solicitantes. Essa área da engenharia recebe o nome de engenharia geotécnica. A união conjunta desses dois sistemas, superestrutura e infraestrutura, atuando de modo a oferecer equilibrio à edificação, pode ser considerada como um sistema único. Nesse contexto, Cintra, Aoki e Albiero (2011) afirmam que esses dois sistemas compõem um sistema único, sujeito a um conjunto de forças ativas externas, que são chamadas ações (normalmente divididas em permanentes, variáveis e excepcionais). A atuação das forças externas provoca o aparecimento de forças internas de reação, transmitindo tensões em cada parte da estrutura, que podemos definir como esforços solicitantes ou apenas solicitações. Essas solicitações são a força normal, força cortante, momento fletor e torsor, por exemplo. 3. Cargas e esforços nas estruturas Nas edificações, as cargas são ações que atuam gerando esforços nos elementos estruturais. O conjunto de elementos que formam a estrutura serve também de caminho para que as cargas possam, nesses elementos, transitar até chegar às fundações e, finalmente, ao solo. 1 Quando as fundações sofrem deslocamentos diferentes nos apoios, ou seja, uma parte da estrutura se des- loca mais que a outra. cesar Highlight 3030 Esse caminho natural tende a ser vertical, uma vez que estão sob ação das forças gravitacionais. Por vezes, há necessidade de oferecer caminhos alternativos às cargas, desviando-as de sua tendência natural. A cada mudança de direção, um esforço adicional é gerado ao elemento (REBELLO, 2010). Quando se tem a existência de diversos caminhos (vários elementos estruturais), há propensão de que estes sejam mais esbeltos, por exemplo, em uma edificação com vários pilares, o tamanho desses elementos pode ser menor do que em uma obra onde haja poucos pilares, que precisam ter dimensões maiores para que as mesmas cargas sejam transportadas satisfatoriamente. Observe na Figura 4 diversas formas de se apoiar uma carga pontual aplicada. Figura 4 – Diferentes formas de distribuição para uma carga Fonte: elaborado pelo autor. Na primeira forma de distribuição da carga, apresentada na Figura 4, até o apoio, essa atividade é realizada por meio de uma barra vertical direta ligada ao apoio, onde a carga transferida gera esforço normal na barra vertical. Na segunda forma, a distribuição é realizada por meio de duas barras diagonais ligadas entre si no ponto onde recebem a carga e ligadas em dois apoios separados e diferentes, à esquerda e à direita. Essas barras diagonais são as responsáveis por transferir a carga pontual aplicada e estão sujeitas a esforços normais, cortantes e momentos fletores. 3131 31 Na terceira forma de distribuição, a mesma carga é transferida por meio de três barras, sendo uma na horizontal e duas na vertical (uma em cada extremidade da barra horizontal). Nessa terceira forma, a carga gera flexão e cisalhamento na barra horizontal e esforços normais nas barras verticais. É importante salientar que, na possível existência de forças horizontais (como vento, por exemplo), esforços de cisalhamento também ocorrerão nas barras verticais da terceira forma apresentada nessa Figura 4. Apesar de ser possível a adoção de diversos modelos estruturais para se resolver um problema de carregamento, a escolha da melhor opção deve obedecer a diversos aspectos e apenas uma opção correta não existe, cabendo ao engenheiro responsável pelo cálculo da estrutura escolher entre alguns fatores a serem considerados, como aspecto técnico, econômico, executivo e estético, por exemplo. Perceba que o conceito de segurança, ligado ao aspecto técnico, é o primeiro item que deve ser obedecido. Rebello (2010) afirma que, na realidade, a melhor estrutura não existe, mas sim aquela que resolve a maior quantidade de requisitos previamente estabelecidos, seja pelo cliente ou pelo responsável da obra. Primeiramente deve ser segura; na sequência, observar quais requisitos mais devem ser observados para determinada edificação, como, por exemplo: disponibilidade de materiais na localidade da obra, tempo e facilidade de execução, harmonia estética x estrutura, entre outros. 3.1 Distribuição das ações nas estruturas As ações que atuam nas estruturas devem, conforme observado no item anterior, caminhar pelos elementos estruturais até chegar às fundações. Nesse processo, é importante o conceito de direção e sentido. Para tanto, é necessário sempre que haja um referencial, por exemplo, uma bola que é jogada para cima a partir de um impulso, ou seja, se movimenta na direção vertical; já o sentido pode ser definido como para cima ou para baixo. Enquanto a bola sobe após o impulso, ela possui direção vertical e sentido para cima, e quando ela desce, possui direção vertical e sentido para baixo. 3232 A distribuição das ações em uma estrutura pode ser explicada quanto às cargas que estão aplicadas nos pavimentos. De modo geral, essas cargas, sejam elas permanentes ou variáveis, são absorvidas pelas lajes, que as transferem para as vigas e, por fim, as vigas distribuem essas cargas aos pilares. Nos pilares, as cargas vão se acumulando, andar a andar, até chegarem às fundações. PARA SABER MAIS As lajes lisas são lajes que se apoiam diretamente sobre os pilares e as lajes cogumelos são lajes que se apoiam sobre os pilares, porém com o auxílio dos capitéis (engrossamento das lajes). Portanto, quando da ocorrência de lajes lisas ou lajes cogumelo, não há a transferência da carga das lajes para as vigas, mas sim diretamente para os pilares. Dessa forma, pode se dizer que as cargas dos pilares são amplificadas a cada andar da edificação, pois vão sendo acumuladas à medida que, em cada andar, esses elementos vão recebendo mais cargas. Essa situação explica a necessidade de que muitas obras precisam ter seus pilares aumentados(reforçados) nos pavimentos inferiores, justamente por estarem mais carregados do que nos pavimentos mais altos da edificação. 3.1.1 Pilares A definição de pilares, independentemente do material utilizado em sua composição, pode ser realizada como sendo elementos lineares, de eixo reto, com sua disposição, no geral, sendo vertical e que estão majoritariamente suscetíveis a esforços de compressão. Esforços de flexão também são usuais, mas ainda assim a compressão é preponderante. 3333 33 A função desses elementos é conduzir as cargas atuantes na estrutura para as fundações. No geral, apoiam as vigas e, em alguns casos, as próprias lajes. Os pilares possuem início (saída) nos elementos de fundação e neles precisam estar devidamente ancorados para que possam transmitir todos os esforços satisfatoriamente. 3.1.2 Fundações As fundações são tratadas como elementos de volume com função de transmitir ao terreno as cargas de fundação. Podem ser classificadas de acordo com a forma que transmitem as cargas ao solo, sendo então diretas ou indiretas. As fundações diretas transmitem as cargas de forma direta ao solo, ou seja, as tensões são distribuídas por meio da base do elemento que está em contato direto com o solo, como, por exemplo, ocorre nas sapatas e nos radiers. As fundações indiretas transferem as cargas indiretamente ao solo, como, por exemplo, nas estacas ou tubulões. ASSIMILE Para o item 3.7 da NBR 6.122 (ABNT, 2010), fundação profunda (ou indireta) é o elemento de fundação que transmite a carga ao terreno ou pela base (resistência de ponta) ou por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por combinação das duas. Esses elementos recebem as cargas da superestrutura que chegam pelos pilares e, no geral, estão situados abaixo do nível do terreno, não sendo visíveis após a finalização da obra. Para Fusco e Onishi (2017, p. 49), as fundações “são formadas por peças estruturais que se ligam ao meio externo e impedem certos movimentos dos pontos ligados à superestrutura”. Esse impedimento cria vínculos de ligação entre a estrutura e a sua base de suporte. 3434 4. Ações dos pilares nas fundações A ações que atuam nas estruturas devem caminhar pela estrutura da edificação até serem distribuídas ao terreno por meio das fundações. Antes de chegarem às fundações, essas cargas passam pelos pilares, que frequentemente são os últimos elementos antes das próprias fundações. Por esse motivo, os elementos da superestrutura responsáveis pela transferência das cargas da edificação para a infraestrutura são exatamente os pilares e as ações que esses elementos transferem vão desde cargas verticais, horizontais ou momentos fletores. Deformações e deslocamentos também podem ser transferidos, mas em menor magnitude, ficando a análise restrita comumente ao caso dos esforços. A transferência das ações ocorre em função das vinculações existentes, onde são geradas as reações de apoio. Em um projeto estrutural, quando da sua execução, devem ser respeitadas as condições (ou hipóteses) de cálculo consideradas na fase de projeto, para que a estrutura se comporte satisfatoriamente às questões de estabilidade. Nesse sentido, Fusco e Onishi (2017, p. 49) afirmam: A vinculação das estruturas às suas fundações deve ser feita com o emprego de apoios que respeitem as hipóteses admitidas na análise estrutural. Esse é um dos requisitos básicos de um bom projeto estrutural. Com isso, uma vez construídas as estruturas, elas poderão ter comportamentos razoavelmente próximos aos que foram admitidos em seu projeto. Dessa forma, uma condição importante à segurança é garantir que as condições de equilíbrio calculadas durante o projeto sejam seguidas, para que não surjam esforços que não foram previstos. Em outras palavras, se os pilares foram considerados engastados nas fundações, transferindo esforços verticais, horizontais e momentos fletores, quando da execução do projeto de fundações e da própria execução das fundações, essa mesma condição deve ser respeitada. 3535 35 Em estruturas metálicas, essa condição é relativamente importante, uma vez que, muitas vezes, um determinado projetista estrutural “a” pode calcular a estrutura para que ela própria suporte a maioria dos esforços de momentos fletores, por exemplo, gerando uma estrutura metálica mais robusta, enquanto que outro projetista estrutural “b” pode calcular sua estrutura transferindo todos esses esforços aos elementos de fundação, gerando, assim, uma estrutura metálica mais leve. Essa situação tende a gerar, no caso do projetista estrutural “a”, uma fundação menos robusta, enquanto que no caso da fundação do projetista “b”, a fundação será mais pesada e robusta. 4.1 Esforços Os esforços que atuam nas fundações e são transferidos pelos pilares originam-se das cargas verticais, cargas horizontais, esforços de momentos fletores, entre outros. 4.1.1 Cargas verticais As cargas verticais que atuam nas edificações são transferidas basicamente pelas lajes, vigas e pilares que compõem as estruturas. A cada andar, os pilares vão recebendo essas cargas das lajes e vigas e que vão se acumulando até chegar à fundação. Essas cargas são oriundas de pesos dos elementos estruturais (como, por exemplo, o peso do concreto armado, da estrutura metálica, etc.), pesos dos elementos construtivos (paredes, divisórias, revestimentos, etc.), das cargas acidentais que atuam nos pavimentos (utilização como residência, comércio, escritórios, entre outros) e de outros carregamentos verticais que possam atuar na estrutura de modo a ser verificado particularmente em cada caso. 4.1.2 Cargas horizontais As ações horizontais atuantes na superestrutura são transmitidas até as fundações, que devem suportar tais carregamentos. As cargas horizontais (também chamadas de esforços laterais) podem ser geradas 3636 por ações como terremotos, forças devidas ao vento ou até mesmo por pressões laterais oriundas do solo, como no caso de muros de arrimo. Estruturas que estão localizadas dentro ou em contato com o mar também podem receber esforços horizontais devido às ondas. Edificações mais baixas não são tão suscetíveis a cargas horizontais, porém, edifícios altos ou os casos citados acima (estruturas de arrimo ou em contato com o mar) estão mais expostas a situações do tipo. Estruturas de torres de transmissão de energia, por serem bastante leves, também possuem elevadas cargas horizontais, oriundas do próprio peso dos cabos elétricos e/ou os esforços de tração e compressão que ocorrem nesses cabos em virtude de variações térmicas do material. Efeitos de aceleração e frenagem que ocorrem nas estruturas de pontes e viadutos, assim como em edifícios garagem, também podem gerar esforços horizontais nas estruturas. Os efeitos de temperatura e/ou de retração (este mais comum em estruturas de concreto) também podem ser observados, porém dependem muito do material que constitui a estrutura. 4.1.3 Momentos fletores Os momentos fletores que atuam nas estruturas e que são absorvidos pelos pilares da estrutura são transferidos à fundação, de modo que estas devem suportam seus efeitos satisfatoriamente para a estabilidade do conjunto. No geral, os esforços de momento que ocorrem nas estruturas são resultantes das cargas de vento e também de desaprumo de uma estrutura. Com relação à forma de suporte desses esforços por parte da fundação, deve-se observar, no caso de fundação profunda tipo blocos sobre estacas, quais as estacas mais carregadas devido ao acréscimo de carga gerado pelo momento, ou então, no caso de fundação rasa tipo sapata, os momentos de tombamento. 3737 37 Esses dois exemplos são apenas dois casos importantes que os esforços de momentos fletores podem gerar nas fundações e que devem ser observados quando do projeto desses elementos. 5. Planta de cargas e locação dos pilares A forma mais didática e direta de se apresentar as ações que os pilares distribuem às fundações épor meio da planta de cargas. Esse desenho, juntamente com a planta de locação dos pilares, compõe o conjunto dos primeiros desenhos de um projeto estrutural. Na planta de locação dos pilares, são apresentadas as posições (locações) dos pilares dispostos nas estruturas, geralmente em relação aos eixos de referência do terreno, assim como a seção dos pilares. Esses eixos de referência são os mesmos adotados na obra e marcados no gabarito, para a correta execução e alinhamento dos pilares e da fundação. É por meio da planta de locação dos pilares que se dá início à execução da estrutura na obra, pois por meio dela é que os pilares e os elementos de fundação são posicionados e conferidos (SANTOS, 2017). PARA SABER MAIS Gabarito de uma obra é a estrutura de madeira construída em torno do terreno ou do local onde será executada a obra. Deve ser uma estrutura firme e nivelada, com a finalidade de servir de referência para os alinhamentos dos elementos estruturais (fundações, pilares e vigas) e dos elementos construtivos (alvenarias). O gabarito deve ser marcado por um topógrafo, que irá posicionar corretamente todas as extremidades e os eixos da edificação. 3838 Na planta de cargas, os pilares são tabelados, nomeados e descritos de acordo com os carregamentos que serão então informados na tabela constante no arquivo. Nessa tabela, cada pilar possui apresentados todos os esforços que serão aplicados na fundação. É comum que a tabela da planta de cargas separe essas cargas não apenas por pilares, mas também por caso de carregamento, ou seja, os carregamentos máximos e mínimos de cada caso são apresentados separadamente. Momentos mínimos, momentos máximos, forças verticais máximas, forças verticais mínimas, forças horizontais máximas e forças horizontais mínimas são exemplos de casos de carregamentos apresentados nas tabelas de cargas. Para cada caso, um conjunto de cargas é apresentado. Esses valores são passados e utilizados pelo projetista de fundações para que os elementos de infraestrutura sejam devidamente calculados, dimensionados e desenhados. As cargas verticais apresentadas na tabela da planta de cargas são as reações verticais oriundas da somatória das ações verticais de toda a estrutura em cada pilar. Por meio dessas cargas é que os elementos de fundação são dimensionados. O mesmo ocorre com os esforços horizontais e momentos fletores que atuam na estrutura. Para a correta interpretação dos esforços que são demonstrados nas plantas de cargas, também é importante conhecer os eixos aos quais as estruturas foram calculadas. Na Tabela 4, por exemplo, são apresentados os valores das forças horizontais Fx e Fy em unidade de toneladas (tf). A força vertical Fz é expressa também em toneladas (tf). Os momentos Mx e My, em torno do eixo x e em torno do eixo y respectivamente, são apresentados em toneladas vezes metro (tf*m). 3939 39 Tabela 4 – Tabela de cargas de uma edificação com 6 pilares Elem FX Máx FY Máx FZ Máx MX Máx MY Máx FX Mín FY Mín FZ Mín MX Mín MX Mín P1 0 0 17 2 0 0 0 16 1 0 P2 0 1 32 2 0 0 -1 30 -1 0 P3 0 0 12 0 0 0 0 10 0 0 P4 0 0 29 1 3 -1 0 26 0 1 P5 1 1 50 1 1 -1 -1 46 -2 -2 P6 1 0 19 -1 0 0 0 17 -1 -2 Fonte: elabordo pelo autor. Na Tabela 4, você pode perceber que o pilar com maior carga é o pilar P5, pois sua carga Fz máx é de 50 tf e, na sequência, o pilar P2, com 32 tf de carga. Os carregamentos Fx e Fy são as forças horizontais, enquanto que o carregamento Fz é a carga vertical. Os momentos Mx e My são os momentos nas devidas direções x e y, respectivamente. Mas a interpretação da tabela, por si só, não é suficiente, sendo necessário entender as direções e os sentidos de cada esforço apresentado. Dessa forma, aliada à apresentação da tabela de cargas, é usual a apresentação de uma legenda que indique como se dão as considerações dos esforços e, principalmente, em que sentido se está adotando. Por exemplo, com relação à força horizontal Fx máx demonstrada na Tabela 4 para o pilar P5, tem-se o valor de 1 tf, porém, a direção e o sentido representado nessa tabela não são possíveis de se averiguar, uma vez que mais informações são necessárias. Igualmente ocorre também com os demais itens da mesma tabela de cargas. Para se evitarem equívocos, a legenda apresentada juntamente com a planta de cargas minimiza esse problema. A Figura 5 demonstra uma legenda que pode ser enviada junto com uma tabela de cargas. 4040 Figura 5 – Legenda de consideração dos esforços em planta de carga Fonte: elaborado pelo autor. Por padrão, os eixos são representados seguindo-se as características do plano cartesiano, onde, na horizontal, temos o eixo nomeado x e, na vertical, o eixo nomeado y. Os momentos Mx e My são tomados como em torno do eixo x e em torno do eixo y, respectivamente. Essa legenda é utilizada para a interpretação dos valores dos esforços e da planta de locação dos pilares. A planta de locação dos pilares apresentados na tabela de carga da Tabela 4 pode ser visualizada na Figura 6. Figura 6 – Planta de locação dos pilares Fonte: elaborado pelo autor. 4141 41 Os pilares recebem nomes para sua identificação, sendo usual a letra “P” para essa nomenclatura. Abaixo dos nomes dos pilares estão apresentadas as seções desses elementos, sendo normalmente utilizada a separação por “/”. No caso do pilar P1, a informação 30/30, significa que esse pilar é quadrado, com lados de 30 cm. Nesta planta de locação dos pilares da Figura 6, é possível observar que os pilares que apresentaram as maiores cargas na Tabela 4 são os pilares centrais, localizados no alinhamento do eixo B. Perceba que cada elemento (cada pilar) está cotado em relação a algum eixo da obra. Os eixos verticais receberam como nomes as letras A, B e C, enquanto que os eixos horizontais foram nomeados pelos numerais 1 e 2. O maior momento fletor encontrado para esta obra é o do pilar P4 em torno da direção y, ou seja, neste caso, temos 3 tf*m no sentido horário, pois é positivo, em torno da direção y (em torno do eixo A). 6. Considerações finais • O cálculo de estruturas não é completo se o engenheiro respon- sável por essa etapa não conseguir repassar os dados calculados corretamente. Por esse motivo, cálculo, detalhamento e desenho andam sempre juntos numa importante atividade da fase de pro- jeto de estruturas. • Os esforços atuantes nos pilares e que são levados até as funda- ções para que sejam transferidos para o solo são representados nas tabelas de cargas e estes são representados na planta de lo- cação de pilares. Interpretar corretamente os desenhos que apre- sentam essas informações é de vital importância para que ao se produzir uma tabela de cargas e uma planta de locação de estacas, o engenheiro possa transmitir todas as informações necessárias para que a obra execute todas as etapas corretamente. 4242 TEORIA EM PRÁTICA Para um projeto de estrutura, seu superior em um escritório de projetos estruturais solicitou que você realizasse a separação dos esforços que vão atuar nos elementos de fundação de uma determinada edificação. Ele também pediu que os esforços de vento fossem apresentados separados dos demais casos de carregamentos. Desse modo, quais são as opções possíveis para uma boa e correta apresentação das plantas de carga dessa edificação? Quantos casos de carregamentos serão apresentados nessa planta de cargas para que todas as possibilidades de ações que atuam nos pilares sejam corretamente abordadas? VERIFICAÇÃO DE LEITURA 1. A estrutura posicionada acima do nível do terreno, aquela que é responsável por suportar todas as cargas externas e levá-las com eficácia e segurança à fundação, é chamada de: a. Estrutura externa. b. Infraestrutura. c. Superestrutura. d. Estrutura de contraventamento. e. Estrutura contraventada. 4343 43 2. Em relação às ações dos pilares nas fundações e demais componentes referentes a esta aula, considere asafirmações a seguir e assinale com V para verdadeiro e com F para falso. ( ) Os pilares descarregam apenas os esforços verticais nas fundações. ( ) Os elementos de fundação absorvem apenas os esforços horizontais das estruturas. ( ) As fundações absorvem todos os esforços que os pilares vão acumulando andar a andar e os descarregam no terreno. ( ) As vigas e os pilares possuem a mesma função no transporte das cargas da edificação até o solo. Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta. a. F – V – F – F. b. F – V – V – F. c. V – F – F – V. d. F – V – F – V. e. F – F – V – F. 3. Os elementos construídos em madeira, que devem ser firmes e nivelados para que haja a correta marcação dos eixos da obra e assim os elementos possam ser demarcados e conferidos ao longo da execução da edificação recebem o nome de: 4444 a. Gastalho. b. Gabarito. c. Quadro de marcação. d. Esquadro de marcação. e. Planta de formas. Referências bibliográficas ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6.120: cargas para o cálculo de estruturas de edificações. Rio de Janeiro, 1980 versão corrigida: 2000. 6 p. . NBR 6.122: projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro, 2010. 91 p. . NBR 8.681: ações e segurança nas estruturas – procedimento. Rio de Janeiro, 2003 versão corrigida: 2004. 18 p. CINTRA, J. C. A.; AOKI, N.; ALBIERO, J. H. Fundações diretas. São Paulo: Oficina de Textos, 2011. FUSCO, P. B.; ONISHI, M. Introdução à engenharia de estruturas de concreto. São Paulo: Cengage, 2017. REBELLO, Y. C. P. A concepção estrutural e a arquitetura. 6. ed. São Paulo: Zigurate Editora, 2010. SANTOS, J. S. dos. Desconstruindo o projeto estrutural de edifícios: concreto armado e protendido. São Paulo: Oficina de Textos, 2017. Gabarito Questão 1 – Resposta C A estrutura externa acima do nível do terreno que recebe as cargas e as leva para a fundação é chamada de superestrutura. Infraestrutura é o nome dado aos elementos de fundação que transmitem as cargas ao solo. 4545 45 Estruturas de contraventamento são estruturas de ligação entre os elementos principais com a finalidade de aumentar a rigidez da construção perante esforços horizontais. Estrutura contraventada é a estrutura prevista para suportar esforços horizontais em uma edificação. Estrutura externa não faz parte do contexto do assunto. Questão 2 – Resposta E A primeira afirmação é falsa, pois os pilares transferem todos os esforços para as fundações, sejam eles cargas verticais, horizontais ou momentos fletores. A segunda afirmação é falsa, pois os elementos de fundação absorvem todos os esforços que a superestrutura transferem a eles. A terceira afirmação é verdadeira, pois as fundações absorvem todos os esforços que os pilares vão acumulando andar a andar e os descarregam no terreno. A quarta afirmação é falsa, pois os pilares são os responsáveis por transmitir as cargas para os elementos de fundação. As vigas, no geral, recebem as cargas das lajes e os transferem para os pilares. Questão 3 – Resposta B Os gabaritos são os elementos em madeira, montados no entorno da edificação a ser construída para a finalidade de marcação do eixo da obra e dos elementos estruturais e construtivos como paredes. O gastalho é uma peça de madeira que serve como base ou suporte para a fixação da fôrma do pilar e, portanto, é uma opção errada para a questão. Quadro de marcação, planta de formas ou esquadro de marcação não fazem parte do escopo do assunto da questão e, portanto, são opções erradas para a questão. 464646 Leitura do projeto arquitetônico e lançamento de estruturas Autor: Thiago Drozdowski Priosta Objetivos • Avaliar os detalhes arquitetônicos que influenciam na estrutura. • Compreender as melhores opções para o lançamento da estrutura. • Realizar o lançamento dos elementos estruturais de acordo com a disponibilidades e possibilidades arquitetônicas. 4747 47 1. Introdução A atividade de conceber a estrutura é uma das tarefas mais importantes durante a fase de projeto. Para tanto, são necessários muita prática e também muito conhecimento das interações que uma estrutura possui com a arquitetura e outras disciplinas, como hidráulica e elétrica, por exemplo. Santos (2017) avalia que, para cada concepção arquitetônica, inúmeras possibilidades de sistemas estruturais existem, cada qual com suas soluções bastante diversas. Desse modo, o papel do engenheiro calculista de estrutura nessa etapa é praticamente fundamental para o êxito do projeto no final dos serviços. Uma escolha errada nessa etapa pode inviabilizar economicamente uma obra ou então em questão de prazos possíveis. Santos (2017, p. 15) afirma: [...] é nessa fase que os grandes profissionais se sobressaem. É a fase da concepção, em que a criatividade e o conhecimento sobre o comportamento dos materiais vão resultar em uma estrutura mais adequada às restrições impostas pela arquitetura, pelos métodos construtivos e pelos custos envolvidos para executá-la. O exercício exaustivo da prática de leitura dos projetos arquitetônicos, imaginando como uma estrutura pode se encaixar naquela arquitetura, é o que vai permitir que você construa sua identidade como engenheiro calculista de estruturas. É nessa etapa que o profissional demonstra suas habilidades em resolver os mais diversos percalços que a arquitetura pode lhe oferecer, sem se esquecer das limitações dos materiais envolvidos na construção. 2. A arquitetura como parte da engenharia estrutural É consenso no meio da engenharia civil que as edificações nascem a partir do projeto de arquitetura e, de fato, essa é a prática mais usual. As mais diversas soluções de arquitetura, ao final da fase de concepção arquitetônica necessitam ser colocadas em condições de execução. 4848 Pode-se dizer que a arquitetura é o corpo e a estrutura seria o esqueleto da edificação. Isso ocorre porque não há sentido em projetar uma arquitetura que não possa ser executada ou que não ofereça condições de viabilidade técnica ou custo-benefício em sua execução. Rebello (2010) afirma que toda forma precisa de uma estrutura e toda estrutura possui uma forma. Essa é uma afirmação que comprova a necessidade de interação entre a arquitetura e a estrutura. É certo que arquiteturas mais arrojadas, com maiores vãos, maior esbeltez e formas mais variadas necessitam de um estudo mais minucioso. Há materiais construtivos adotados nas estruturas que facilitam a criação arquitetônica mais arrojada, porém, para determinados casos, o custo mais elevado de materiais específicos por vezes não justificam sua adoção. Como exemplo, pode-se tomar o caso de residências utilizadas como moradia popular, onde, nesse caso, é usual a utilização de arquiteturas mais simples, visando a economia de material ou da redução no custo da técnica construtiva adotada. Em outros casos, é comum observar o prazo de execução reduzido. Pode ser que a solução estrutural adotada para a arquitetura definida não seja a mais econômica, mas talvez seja a de processo executivo mais rápido. Outro aspecto que pode ser observado é a questão logística, que pode inviabilizar o uso de estruturas em determinadas localidades. Por exemplo, a arquitetura, sabendo que não há produção de estruturas metálicas próximo ao local da edificação, provavelmente não irá projetar pensando nesse modelo executivo, uma vez que, para se utilizar esse material, seria necessário o transporte de uma localidade mais afastada, aumentando consideravelmente os custos para execução da obra. O mesmo fato ocorre em obras de alvenaria estrutural. Antes de se projetar a arquitetura da edificação, deve-se verificar se há a fabricação de blocos a serem utilizados na obra que viabilizem sua construção. 4949 49 Dessa forma, é possível observar que a arquitetura, como etapa fundamental do processo construtivo, deve compor, juntamente com a engenharia estrutural, o sistema que suportará os esforços atuantes na edificação.A concepção de uma arquitetura implica a concepção de uma estrutura e, por consequência, dos materiais e dos processos construtivos para materializá-la. A estrutura e a arquitetura são um só objeto e, portanto, conceber uma implica conceber a outra e vice-versa (REBELLO, 2010). 3. Leitura do projeto arquitetônico Analisar previamente a arquitetura antes de se realizar o lançamento da estrutura é uma necessidade que nem sempre recebe a devida importância por parte dos profissionais de engenharia, mas que certamente os pouparia de grande trabalho na sequência das atividades. Essa análise dos projetos arquitetônicos se faz a partir da leitura e interpretação da arquitetura. Ao se realizar essa tarefa, o responsável pela estrutura poderá absorver quais as intenções do projeto arquitetônico, ou seja, pode-se compreender qual o objetivo que o profissional de arquitetura quis incorporar à edificação. Objetivo de utilização, objetivo de inserção dessa edificação como elemento componente do seu entorno, quais os objetivos estéticos, harmônicos, funcionais, entre outros. Uma das principais informações obtidas no projeto de arquitetura é a utilização dos ambientes que deverão ser estruturados. Na própria NBR 6.120 (ABNT, 2000) há a diferenciação das cargas por ambiente dentro da mesma utilização. Por exemplo, em uma residência, esse mesmo código normativo apresenta valores diferentes em função do ambiente, como no caso de dormitórios, sala, copa, cozinha e banheiro, que possuem como carregamento variável acidental de 1,5 kN/m², enquanto que despensas, áreas de serviço e lavanderias possuem como valor da carga variável acidental 2,0 kN/m². 5050 Outras condições que são observadas na arquitetura e que influenciam na concepção da estrutura são os vãos dos ambientes, das portas e janelas, pois haverá necessidade de que os elementos estruturais sejam lançados levando-se essas informações em consideração; ora, não é possível adotar um pilar, por exemplo, na mesma posição em que se encontra uma janela. Observe na Figura 1 uma planta arquitetônica com algumas dimensões demarcadas, assim como os ambientes. Figura 7 – Planta arquitetônica de uma residência Fonte: elaborado pelo autor. Nesta Figura 7, é possível observar que se trata de uma arquitetura residencial, em função dos ambientes demarcados, além das outras informações disponíveis, como as cotas (dimensões dos ambientes) e do pé-direito (P.D.) também informado, que, neste caso, é de 2,50 m. 5151 51 PARA SABER MAIS A informação pé-direito, geralmente apresentada nos projetos de arquitetura, é a distância entre o piso do pavimento considerado até o fundo do teto do pavimento logo acima, ou seja, é a distância livre que existe em um ambiente (em edificações residenciais, é normal adotar-se uma altura de pé-direito entre 2,50 m a 3,10 m). Já o termo “pé-direito duplo” ocorre quando essa distância é em torno do dobro da distância média usada para o pé-direito comum (neste caso, é usual o pé-direito duplo ter entre 5,00 e 6,50 m). A altura de um pavimento a outro (que é influenciado pelo pé-direito) interfere diretamente no comprimento dos pilares. Distâncias maiores para esse comprimento tendem a gerar pilares com maiores seções. Na Figura 7, verifica-se também a existência de uma abertura no ambiente entre a cozinha e o dormitório 2, que é utilizada para as passagens das tubulações de banheiro e da área de serviço que está ao lado. Essa informação deve ser considerada pelo projetista de estrutura, para que não se esqueça de deixar uma abertura na laje do pavimento e viabilizar as passagens dos elementos de hidráulica. Nas plantas arquitetônicas também são observadas as espessuras das alvenarias pretendidas pelo(a) arquiteto(a). Essa informação influencia nas cargas das alvenarias, pois alvenarias mais largas pesam mais que as mais finas. No projeto arquitetônico, deve-se ainda observar os cortes para verificação de ambientes que possam estar com alturas menores, assim como os detalhes das portas e janelas. Caso haja alguma porta com altura maior que o normal (comum em projetos de estilos mais modernos), 5252 ocorre a dificuldade de se passar alguma viga nessa região. Em alguns casos, portas de correr podem igualmente inviabilizar o posicionamento de algum elemento estrutural em virtude de seu modo de abertura. Outras informações importantes de serem verificadas são os níveis dos pisos e dos acabamentos, pois alguns ambientes podem ter necessidade de que a laje seja rebaixada para absorver os desníveis impostos pela arquitetura (essa situação era mais comum antigamente, na região dos banheiros, mas atualmente ainda ocorrem em regiões de sacadas e terraços, para se evitar que a água externa entre no ambiente interno). O projeto arquitetônico oferece ainda a possibilidade de se verificar o posicionamento prévio de pontos de elétrica e hidráulica, que posteriormente devem ser confirmados quando da compatibilização de todos os projetos da edificação. Ao se observarem esses pontos prévios de elétrica e hidráulica, procura-se minimizar as interferências entre a estrutura e outras disciplinas, como a colocação de elementos estruturais que impossibilitem a passagem das tubulações hidráulicas na região dos banheiros. A inserção de um pilar exatamente atrás de um vaso sanitário pode gerar a necessidade de se deslocar esse elemento de modo a proporcionar a melhor solução para essa interferência. A existência de pavimentos específicos para garagem influencia consideravelmente nas posições dos pilares, que devem estar locados de modo a proporcionar o melhor aproveitamento de vagas, assim como viabilizar as manobras necessárias dentro do pavimento. É a leitura do projeto arquitetônico que possibilita o início do lançamento da estrutura, pois ao se realizar essa atividade, o profissional da estrutura já começa a compor em sua mente qual o melhor arranjo estrutural para aquela forma. Ao se verificar se o telhado é embutido à edificação ou se possui beiral, diferentes possibilidades podem ser adotadas para finalizar os pilares no topo da edificação, assim como a existência ou não de escada, para se verificarem as possibilidades que a arquitetura oferece para o apoio da mesma. 5353 53 Ao se verificar o projeto arquitetônico, o projetista estrutural estará ciente das interações que os elementos estruturais terão com a arquitetura e isso o direcionará em grande parte das decisões que serão tomadas. ASSIMILE Acompatibilização de projetos na construção civil tem por finalidade verificar as possíveis interferências entre os projetos arquitetônicos, estruturais, hidrossanitários, elétricos, entre outros. Com a realização da compatibilização, diminuem-se consideravelmente as interferências e é possível prever soluções prévias para cada caso, evitando retrabalhos em obras, que geram gastos e perda de tempo. 4. Requisitos para o lançamento da estrutura O lançamento da estrutura é a materialização da etapa de concepção estrutural. Nessa etapa se definem as posições dos elementos na edificação, assim como as dimensões prévias (por meio do pré- dimensionamento) destes elementos. Conforme dito, devem ser consideradas todas as interferências que a estrutura pode gerar com os demais elementos da edificação. No geral, a estrutura é lançada sobre uma arquitetura-base e alguns aspectos específicos devem ser observados para tal tarefa, como a estabilidade da estrutura e resistência aos esforços atuantes, a estética da edificação, a economia que a estrutura pode gerar, a funcionalidade da estrutura perante as condições do ambiente e da arquitetura, entre outros. 5454 Quanto ao aspecto estrutural, o lançamento dos elementos precisa proporcionar rigidez suficiente para suporte das condições às quais a edificação estará suscetível. No quesito estético, a estrutura deve tentar viabilizar todas as condições arquitetônicas previstas no projeto específico da arquitetura,sabendo que se houver necessidade de interferência, a solução deve ocorrer em conjunto, para que seja possível atender a todos os lados da situação (estrutura x arquitetura). Com relação a economia e funcionalidade, a estrutura deve sempre observar a existência dos materiais que serão adotados na estrutura, a fim de se evitarem custos logísticos adicionais, assim como a simplicidade do modelo construtivo perante a mão de obra disponível na localidade. Não adianta optar por alguma técnica construtiva específica se não há equipamentos ou profissionais treinados para sua aplicação, como, por exemplo, adotar lajes protendidas em regiões onde não há disponibilidade de empresa com equipamentos e trabalhadores específicos para a atividade. 4.1 Elementos estruturais Os elementos básicos de uma estrutura são lajes, vigas, pilares e fundações. No geral, as lajes recebem as cargas da edificação e as transmitem para as vigas, que recebem essas cargas e também as cargas de alvenaria e as levam para os pilares. Os pilares acumulam essas cargas ao longo dos pavimentos e as distribuem para as fundações, que devem transmitir esses esforços para o solo, que fará o suporte de todo o conjunto. Esses elementos em conjunto formam os sistemas estruturais. Para Alva (2007), os sistemas estruturais consistem na reunião de elementos estruturais de concreto, aço, mistos e outros, de maneira que estes trabalhem de forma conjunta para resistir às ações atuantes no edifício e garantir sua estabilidade. Vigas e pilares formam também os pórticos, que resistem aos esforços horizontais. Em alguns casos, as lajes também podem contribuir para essa resistência lateral. A disposição desse conjunto de elementos é cesar Highlight 5555 55 que vai aumentar ou diminuir a capacidade resistente das estruturas nesse quesito. Quanto mais direta for a transmissão das cargas em uma estrutura, melhores condições de suporte essa estrutura possuirá, assim como mais econômica esta se apresentará. Para tanto, evita-se a utilização de apoios indiretos na estrutura, como, por exemplo, vigas apoiando em vigas ou pilares que apoiam em vigas (vigas de transição). Outros elementos estruturais complementares são adotados nas estruturas, como escadas, rampas, arrimos, reservatórios, vigas-parede, entre outros. PARA SABER MAIS Vigas de transição são as vigas que recebem pilares apoiados sobre elas. Servem para desviar um pilar de uma determinada posição, como, por exemplo, quando este não pode ter o mesmo alinhamento (prumada) do pavimento superior. Geralmente são vigas de grandes dimensões, pois os pilares sobre elas apoiados descarregam elevadas cargas concentradas. 4.2 Concepção estrutural e o lançamento da estrutura Um equívoco muito comum que algumas pessoas comentem é achar que um software de cálculo estrutural será capaz de realizar todo o projeto de estrutura. Isso é um grave engano, pois jamais tal prática pode ser tomada por um profissional. Botelho (2016, p. 177) diz: Uma coisa é certa: os programas de computador não fazem o lançamento da estrutura. Programas de computador não sentem o projeto arquitetônico. Isso é missão do profissional de estruturas em diálogo com o arquiteto. 5656 Dessa forma, pode-se dizer que criatividade e visão do espaço a se estruturar são qualidades que um projetista de estrutura deve possuir, pois o uso dessas qualidades permite uma concepção com maiores chances de sucesso na solução da arquitetura. Entretanto, a criatividade não é fator único nessa ocasião, pois a concepção estrutural também depende muito do material que irá compor a estrutura. Para os diferentes tipos de materiais, o comportamento de cada um em particular deve ser levado em consideração no momento da escolha de onde se devem posicionar os pilares, as vigas e os demais elementos. Essa situação ocorre pois cada material possui seu modo de ruptura, modo de trabalho, capacidade resistente, facilidade de montagem e outros diversos componentes que podem influenciar na concepção estrutural. As vigas metálicas, por exemplo, conseguem vencer maiores vãos com menores seções do que se comparadas às vigas de concreto armado. Independentemente do material adotado, a arquitetura será a base para o lançamento estrutural. No caso de uma estrutura constituída por uma edificação térrea, tomam-se as formas dos pavimentos da arquitetura como referência e então se dispõe na planta a posição dos elementos estruturais. Em um edifício com múltiplos andares, a tarefa passa a ser mais complexa, uma vez que há necessidade de que o elemento estrutural de um pavimento também seja “aproveitável” em outro. Para auxílio dessa situação mais complexa, Rebello (2010, p. 193) afirma que: […] o lançamento da estrutura pode ser iniciado por qualquer nível da arquitetura. Entretanto, a experiência tem mostrado que começando pelo pavimento intermediário tem-se melhor domínio dos reflexos sobre os pavimentos imediatamente abaixo e imediatamente acima. Você vai perceber durante o exercício das suas atividades de lançamento estrutural que diversas opções são possíveis. Inclusive o ponto da arquitetura por onde você iniciará o lançamento da estrutura será 5757 57 um critério seu, a depender da sua facilidade e familiarização com a atividade. De qualquer forma, algumas regras básicas para o lançamento estrutural são aplicáveis, com a finalidade de facilitar o resultado final e que independem do material utilizado como estrutura: • posicionar os pilares preferencialmente nos cantos e nos encontros das alvenarias e vigas, de modo a não interferir na proposta arquitetônica; • preferencialmente, posicionar os pilares de modo que fiquem embutidos nas alvenarias, para que fiquem escondidos; • os pilares devem ser posicionados de forma que as vigas que apoiem sobre esses pilares possuam a mesma ordem de grandeza para suas alturas; • evitar a descontinuidade dos pilares, isso é, manter o pilar em uma mesma prumada (direção/alinhamento vertical), para que não ocorram cargas excêntricas nos pilares e, assim, esforços que oneram a estrutura; • procurar manter os pilares alinhados uns com os outros; • evitar o posicionamento de pilares nas regiões onde normalmente passam tubulações hidráulicas, como nas regiões atrás dos chuveiros e vasos sanitários; • as vigas devem procurar ficar no alinhamento das paredes, pois assim as alvenarias estarão descarregando suas cargas exatamente sobre as vigas; • as vigas devem ainda ser posicionadas de modo a gerar panos de lajes com tamanhos uniformes, iss é, com a mesma ordem de grandeza; • evitar o uso de vigas em regiões onde estas podem ficar aparentes, a não ser que seja inevitável do ponto de vista estrutural (essas vigas, geralmente, implicam ambientes menos “limpos” esteticamente e/ou formam as descontinuidades em forros, por exemplo, quando da sua utilização); 5858 • nas regiões de escadas e/ou rampas, é viável posicionar alguns pilares e vigas no entorno para que haja condições de apoio para esses elementos. Após o lançamento da estrutura, que é a decisão das posições dos elementos estruturais na edificação, ocorre o pré-dimensionamento desses elementos. Por muitas vezes, essas duas estapas atuam em conjunto, sendo uma determinante à outra. Você perceberá que, em alguns casos, a concepção estrutural e o pré-dimensionamento ocorrem naturalmente em conjunto. Para essa etapa, diferentes formulações, gráficos ou ábacos são utilizados, de acordo com o material da estrutura. 5. Pré-dimensionamento de estruturas É o pré-dimensionamento das estruturas que proporciona uma ideia mais precisa das seções que serão adotadas. É nesta etapa que a estrutura começa a ter volume, isso é, os tamanhos dos elementos são estimados e se pode começar a ter uma previsão de consumo de material estrutural para a obra. No pré-dimensionamento, as exigências normativas, o comportamento estrutural das peças e todo o arranjo estrutural pensado naetapa de concepção começam a ser colocados em prática, entretanto, informações sobre carregamentos, condições de apoio, resistência e estabilidade também influenciam no resultado final (MELO, 2013). Conforme abordado, cada material estrutural possui grande influência na determinação da concepção e do pré-dimesionamento da estrutura. Desse modo, considerando os dois materiais estruturais mais utilizados nacionalmente, sendo eles concreto armado e estruturas de aço, a seguir apresentam-se os modos de pré-dimensionamento para cada um deles. 5959 59 5.1 Concreto armado 5.1.1 Lajes maciças de concreto armado O pré-dimensionamento das lajes em concreto armado ocorre a partir da determinação da sua espessura h (altura), geralmente dado em função do vão L da laje em que estão apoiadas. Entretanto, deve-se sempre seguir o preconizado no item 13.2.4.1 da NBR 6.118 (ABNT, 2014) para as espessuras mínimas de lajes em concreto armado: • 7 cm para cobertura não em balanço; • 8 cm para lajes de piso não em balanço; • 10 cm para lajes em balanço; • 10 cm para lajes que suportem veículos de peso total menor ou igual a 30 kN; • 12 cm para lajes que suportem veículos de peso total maior que 30 kN; • 16 cm para lajes lisas e 14 cm para lajes cogumelo, fora do capitel. Além de se atender aos itens normativos das espessuras mínimas para as lajes, é comum estimar a espessura da laje maciça em concreto armado a partir da definição de Di Pietro (2000, p. 111) apresentada na Eq. 7: L45 h ≥ Eq. 7 Onde L é maior dos menores vãos entre todas as lajes do pavimento; Para Lajes nervuradas, o mesmo autor indica a equação exposta na Eq. 8: L40 h ≥ Eq. 8 Para o caso de lajes cogumelo, a espessura da laje é a indicada na Eq. 9 L35 h ≥ Eq. 9 6060 Para o caso de lajes lisas, a espessura da laje é a indicada na Eq. 10: L30h ≥ Eq. 10 5.1.2 Vigas de concreto armado Para as vigas de concreto armado, o pré-dimensionamento está baseado na estimativa da seção transversal do elemento, isso é, em sua largura bw e na altura h. Será adotada a seção retangular para as formulações, uma vez que esta é a seção padrão para as construções em concreto armado. Para a largura bw, é usual a adoção de espessuras iguais às das alvenarias que estarão posicionadas sob e sobre elas. Desse modo, geralmente possuem espessuras de 14 e 19 cm. Vãos muito grandes (maiores que 8 m) requerem larguras maiores. A largura mínima exposta na NBR 6.118 (ABNT, 2014) é de 12 cm. Para a altura h, a relação comumente adotada é a apresentada como sendo a da Eq. 11: L 10h ≥ Eq. 11 Para o caso de vigas em balanço, a altura h é a indicada na Eq. 12: L 5h ≥ Eq. 12 5.1.3 Pilares de concreto armado Para os pilares em concreto armado, deve-se respeitar a área mínima absoluta para a seção transversal, conforme item 13.2.3 da NBR 6.118 (ABNT, 2014), que é de 360 cm². Neste mesmo item é indicado que a largura mínima para os pilares deve ser de 19 cm, sendo admitido, em casos especiais, o uso de seções com largura entre 19 e 14 cm, porém, para esta situação, os esforços solicitantes de cálculo devem ser considerados com um coeficiente adicional, sendo tomado com valores conforme a Tabela 5: 6161 61 Tabela 5 – Valores do coeficiente adicional para pilares B (cm) / 19 18 17 16 15 14 γn 1,00 1,05 1,10 1,15 1,20 1,25 Fonte: adaptado da NBR 6.118 (ABNT, 2014). A seção transversal do pilar é dada pelo processo das áreas de influência, isso é, conhecida a área de influência de determinado pilar, estima-se a sua carga de trabalho e, consequentemente, sua seção transversal. Um exemplo de área de influência é demonstrado na Figura 8. Figura 8 – Demonstração da área de influência para pilares Fonte: adaptado de Di Pietro (2000). Na Figura 8, a região hachurada em cinza está demonstrando a área de influência para o pilar P5 apresentado. A estimativa da área da seção transversal para os pilares é dada pela Eq. 13: Eq. 13 Onde: Ap é a área do pilar; 6262 Ainf é a área de influência do pilar; TaxaCarga é a taxa de carregamento aplicado no pavimento da área de influência calculada; σconcreto é a tensão considerada no concreto. Geralmente adotados valores entre 1 e 1,5 kN/cm². Em edificações usuais (residenciais e de escritório), os valores de taxa de carregamento (TaxaCarga) para cada andar apresentadas por Di Pietro (2000, p. 108) são: • laje de cobertura = 500 kgf/m²; • lajes de piso = 1000 kgf/m². 5.2 Estrutura de aço As estruturas de aço podem ser utilizadas em edificações residenciais, comerciais, industriais, galpões, coberturas, pontes, entre outros. Por esse motivo, não há uma padronização usual das seções. Basicamente, a estrutura principal é formada por vigas e pilares, que formam os pórticos. Outros elementos são usuais, como as ligações e os travamentos (MELO, 2013). Para os pavimentos, são usuais as lajes em concreto armado, conforme visto anteriormente. A seguir, são apresentadas as proposições para pré-dimensionamento dos principais elementos estruturais em aço. 5.2.1 Elementos comprimidos Os pilares de aço são elementos majoritariamente comprimidos, porém, a proposição pode ser usual para outros elementos que estejam comprimidos nas estruturas de aço, como nas treliças, por exemplo. 6363 63 Para um pré-dimensionamento simplificado de elementos comprimidos em estruturas de aço, Rebello (2007) sugere a formulação apresentada na Eq. 14. P 700 A ≥ Eq. 14 Onde: A é a área da seção do pilar em cm²; P é a carga atuante no pilar em kgf e que deve ser calculada pelo processo das áreas de influência. 5.1.2 Elementos fletidos Os elementos fletidos nas estruturas de aço são basicamente as vigas. Melo (2013, p. 57) afirma que a altura das vigas de aço deve estar compreendida entre 5 e 8% do vão. Outra condição usual para o pré-dimensionamento de elementos fletidos em estrutura de aço é a apresentada na Eq. 15. Eq. 15 Onde: W é o módulo de resistência elástico do perfil que deve se adotado; Md é o momento de cálculo atuante na viga; fyd é a tensão de escoamento de cálculo do aço adotado. Para ambas as situações, ou seja, elementos comprimidos ou fletidos após o cálculo do pré-dimensionamento, deve-se consultar algum catálogo, entre os diversos fabricantes existentes, para se adotar um perfil que atenda à área mínima e o módulo de resistência calculado nas Eq. 14 e 15. 6464 6. Considerações finais • O projeto final de uma estrutura é iniciado bem antes dos cálculos e desenhos que compõem o dimensionamento da mesma. Inicia- se com a arquitetura, que deve pensar no modelo construtivo que será adotado na obra e, assim, viabilizar na arquitetura que os ele- mentos estruturais sejam adotados de modo coerente em relação ao custo e às técnicas necessárias. • Esse modelo não só nasce na arquitetura como se propaga com a atuação do engenheiro de estruturas, que deve saber compreen- der o projeto arquitetônico e então propor a estrutura por meio do lançamento estrutural e um pré-dimensionamento coerente com o apelo arquitetônico da edificação. • Há necessidade de diálogo constante entre arquitetos e engenhei- ros nessa fase de concepção estrutural, para que, juntos, um possa auxiliar o outro em função de um bem comum, a edificação. TEORIA EM PRÁTICA Para uma planta arquitetônica conforme apresentada abaixo, analise as condições dessa arquitetura e busque propor soluções para o lançamento dos elementos estruturais. Ao realizar a análise dessa arquitetura, avalie os itens expostos nesta aula e pontue quais detalhes são importantes para uma boa concepção estrutural. Sabe-se da arquitetura que as alvenarias internas são de 14 cm de espessura e as alvenarias externas possuem 19 cm de espessura. Esta planta se refere a um prédio de 6 andares e que será construído em estrutura de concreto armado. As medidas apresentadas são todas medidas já dispostas nos eixos das alvenarias. 6565 65 VERIFICAÇÃO DE LEITURA 1. A concepção estruturalde uma edificação é uma das fases mais importantes em um projeto de estruturas. Dentro dessa condição, qual a função dessa etapa? a. Realizar o detalhamento da estrutura a partir dos cálculos realizados. b. Realizar o dimensionamento da estrutura, conhecendo as seções. c. Analisar a arquitetura e realizar o lançamento dos elementos estruturais. d. Analisar a arquitetura e detalhar a estrutura final. e. Conceber a estrutura para que o arquiteto desenvolva a arquitetura. 6666 2. Em relação a análise do projeto de arquitetura, concepção e lançamento estrutural, considere as afirmações a seguir e assinale com V para `verdadeiro e com F para falso. ( ) Os elementos estruturais devem ser lançados exclusivamente de acordo com a imposição da arquitetura. ( ) A estrutura é concebida após a análise prévia da arquitetura e dos elementos disponíveis para a execução da estrutura da obra em sua referida localidade. ( ) A arquitetura e a estrutura devem trabalhar em conjunto para que a melhor solução possível seja viabilizada em cada projeto. ( ) O lançamento da estrutura é realizado sempre pelo pavimento mais alto, uma vez que as cargas vão sendo acumuladas andar a andar nos pilares. Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta. a. F – V – F – F. b. F – F – V – V. c. V – F – F – V. d. F – V – V – F. e. V – V – V – F. 3. Alguns elementos na arquitetura que devem ser avaliados durante a fase de concepção e lançamento estrutural são, basicamente: 6767 67 a. Existência de rebaixos (desníveis) nos pavimentos e a espessura das alvenarias. b. Espessura das vigas e das alvenarias. c. Espessura das alvenarias e o tamanho dos pilares. d. Existência de ralos e a posição das vigas. e. Existência de rebaixos (desníveis) nos pavimentos e a quantidade de banheiros. Referências bibliográficas ALVA, G. M. S. Concepção estrutural de edifícios em concreto armado. Santa Maria: Departamento de Estruturas e Construção Civil, Universidade Federal de Santa Maria, 2007. 24 p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6.118: projeto de estruturas de concreto – procedimento. Rio de Janeiro, 2014. 238 p. . NBR 6.120: cargas para o cálculo de estruturas de edificações. Rio de Janeiro, 1980 versão corrigida: 2000. 6 p. BOTELHO, M. H. C. Concreto armado eu te amo: para arquitetos. 3. ed. São Paulo: Blucher, 2016. DI PIETRO, J. E. O conhecimento qualitativo das estruturas das edificações na formação dos arquitetos e do engenheiro. 2000. 186 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Produção) – Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2000. MELO, P. R. Pré-dimensionamento de estruturas de madeira, de aço e de concreto para auxílio à concepção de projetos arquitetônicos. 2013. 113 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Faculdade de Engenharia Civil, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2013. REBELLO, Y. C. P. Bases para projeto estrutural. 1. ed. São Paulo: Zigurate Editora, 2007. . A concepção estrutural e a arquitetura. 6. ed. São Paulo: Zigurate Editora, 2010. SANTOS, J. S. dos. Desconstruindo o projeto estrutural de edifícios: concreto armado e protendido. São Paulo: Oficina de Textos, 2017. 6868 Gabarito Questão 1 – Resposta C Após a realização do projeto de arquitetura, segue-se à concepção estrutural, que possui a função de realizar a análise da arquitetura e dispor (lançar) os elementos estruturais que serão pré- dimensionados e posteriormente dimensionados. As etapas de dimensionamento e detalhamento da estrutura são etapas posteriores à concepção e ao lançamento estrutural. Questão 2 – Resposta D A primeira afirmação é falsa, o lançamento estrutural deve, sim, procurar seguir o que é apresentado na arquitetura, mas também outros fatores técnicos, econômicos e funcionais. A segunda afirmação é verdadeira, pois, além da arquitetura, a disponibilidade de elementos que serão adotados na estrutura deve se verificada na localidade da obra. A terceira afirmação é ,erdadeira, pois esta é a premissa mais importante para uma boa concepção estrutural, onde a arquitetura e a estrutura trabalhando em conjunto geram a melhor solução para o projeto. A quarta afirmação é falsa, pois o lançamento estrutural deve ser realizado de acordo com as interferências que os elementos estruturais podem gerar nos pavimentos acima e abaixo, sendo bastante comum o lançamento estrutural ser iniciado pelos pavimentos intermediários. Questão 3 – Resposta A Entre outros itens primários a serem observados na arquitetura durante a fase de concepção e lançamento estrutural, são as espessuras das alvenarias, bem como a existência de rebaixos nos pisos dos pavimentos. Esses itens influenciam no tamanho e na posição dos elementos estruturais a serem lançados. 6969 69 O tamanho dos elementos estruturais, como vigas, pilares e lajes é realizada na etapa de pré-dimensionamento e, no geral, não são apontados no projeto de arquitetura. A quantidade de banheiros, existência e posição de ralos e outros elementos são condições secundárias e que não são observados na arquitetura na etapa de concepção e lançamento estrutural. 707070 A estrutura do primeiro tipo e a organização das vagas de garagem Autor: Thiago Drozdowski Priosta Objetivos • Distribuir os elementos estruturais no primeiro tipo da estrutura. • Avaliar as interferências da estrutura na garagem. • Realizar o lançamento dos elementos estruturais de acordo com as disponibilidades arquitetônicas nos pavimentos e na garagem. 7171 71 1. Introdução O lançamento dos elementos estruturais é uma das fases mais importantes em um projeto estrutural, pois, por meio desta, é possível definir como será o comportamento da estrutura. É nessa atividade que o engenheiro responsável pelo cálculo escolhe o modo como serão levadas para o solo todas as cargas da estrutura. A forma como as cargas chegam ao solo pode ser alterada de acordo com a disposição dos elementos estruturais, do tamanho de suas seções, das disposições em planta, entre outros. Por esse motivo, o engenheiro deve reservar minutos importantes para compreender como é o projeto de arquitetura e como a estrutura deverá suportar todos os carregamentos atuantes sem interferir nos aspectos arquitetônicos da edificação. Para o caso de se tratar de uma edificação com multiplos pavimentos, essa tarefa pode ser realizada a partir de um dos pavimentos ou da análise de todos ao mesmo tempo, o que pode gerar bastante dificuldade no início dos trabalhos, principalmente a profissionais que ainda não estejam habituados com essa atividade. Essa situação ocorre porque, em um edifício com diversos pavimentos, há necessidade de que o elemento estrutural de um pavimento também seja “aproveitável” em outro. Para auxílio dessa situação, que no geral é mais complexa do que em edificações térreas, Rebello (2010, p. 193) afirma que: […] o lançamento da estrutura pode ser iniciado por qualquer nível da arquitetura. Entretanto, a experiência tem mostrado que, começando pelo pavimento intermediário, tem-se melhor domínio dos reflexos sobre os pavimentos imediatamente abaixo e imediatamente acima. 2. Pavimento tipo e suas interferências Conforme citado, o lançamento da estrutura tende a ser mais efetivo quando realizado a partir de um pavimento intermediário, pois assim podem-se avaliar as diversas interferências que os elementos estruturais podem causar nos andares adjacentes. 7272 É muito comum em edifícios de múltiplos andares que esses pavimentos intermediários sejam pavimentos que se repetem por diversas vezes, formando o volume do prédio, ou seja, quanto mais esse pavimento intermediário se repetir, mais alto o prédio será. Esse pavimento que se repete ao longo da altura da edificação recebe o nome de pavimento tipo, que é, no caso dos edifícios, o pavimento- padrão ou também conhecido como pavimento modelo. Esse tipo é, na realidade, a planta de um dos andares da edificação quese repete “n” vezes. Nesse caso, diz-se que é a planta-padrão ou planta do andar tipo de um prédio. O início do lançamento estrutural por meio desse andar é indicado, pois, assim, ao se resolver a estrutura nesse pavimento, boa parte da edificação já possui solução estrutural. Outra importância de se iniciar o lançamento estrutural por essa planta-padrão é que esses andares tipos são exatamente os objetos de venda dos empreendimentos. Em um prédio residencial, os andares tipos são os andares que contemplam os apartamentos que são comercializados, ou no caso de um prédio comercial para escritórios, são nos andares tipos que estão as salas que serão vendidas ou alugadas. No início dos trabalhos dos diversos projetos que existem para um prédio, a planta do pavimento que será o padrão da edificação é a planta que é definida primeiro que os demais andares, justamente para que possam ser liberados para a parte de marketing iniciar os processos de divulgação e comercialização. O problema é que, se nessa etapa o engenheiro responsável pelo projeto da estrutura não se atentar ao que é proposto pela arquitetura nos demais pavimentos, pode ocorrer que a solução pensada para o andar tipo não seja a melhor possível para outros pontos da edificação, como os andares de uso comum, térreo, salões de festa e garagem, por exemplo. 7373 73 No caso dos andares utilizados como garagem, essa situação é ainda mais preocupante, pois os elementos estruturais não podem interferir na disposição das vagas necessárias para o empreendimento. Uma má distribuição dos pilares, por exemplo, pode prejudicar consideravelmente a comercialização das unidades e assim gerar prejuízos aos investidores. Ainda ocorre que uma solução mal elaborada e/ou pensada para se atender às vagas de garagem também pode gerar gastos maiores do que os necessários para se resolverem as interferências, elevando o custo da construção. Essa atividade de lançamento estrutural, de modo a minimizar as interferências dos elementos entre os pavimentos, é quase que o exercício de se montar um quebra-cabeça. Muitas vezes, ao realizar essa atividade, você perceberá que, ao ajustar um pilar em uma planta, pode fazer com que este mesmo pilar esteja prejudicando a passagem de pedestres ou, em caso pior, de um veículo em outro pavimento. Para se evitarem situações dessa natureza, alguns elementos são comumente utilizados, como as vigas de transição, ou então outros artifícios podem ser adotados, como girar um pilar de um andar para o outro, ou, ainda, alterar a seção desse mesmo elemento, deixando-o maior ou menor de acordo com a necessidade em cada andar. Entretanto, é necessário saber que cada decisão tomada para se resolverem as interferências entre os elementos estruturais ao longo dos pavimentos tende a encarecer a estruturas, pois essas decisões, na maioria das vezes, geram um desvio no caminho natural das ações dentro de uma estrutura. Quando necessitamos alterar alguns elementos de lugar, geralmente são criados desvios nas forças e, para isso ocorrer com segurança, outros elementos adicionais são criados. A essa situação, a força toma direções diferentes do normal e acaba não descendo diretamente pela estrutura até chegar à fundação e, consequentemente ao solo. 7474 Esse caminho natural tende a ser vertical, uma vez que estão sob ação das forças gravitacionais. Por vezes, há necessidade de oferecer caminhos alternativos às cargas, desviando-as de sua tendência natural. A cada mudança de direção, um esforço adicional é gerado ao elemento (REBELLO, 2010). Estruturas com muitos desvios nos esforços atuantes são geralmente mais caras e por, essa razão, a solução de cada situação de interferência deve ser bem analisada pelo engenheiro responsável do projeto estrutural. Esse profissional terá papel importante na forma em que ocorrem os desvios necessários e também no valor desprendido para cada alteração. Em casos extremos, é comum realizar uma verificação técnica-econômica, para verificar se o custo de se adotar um desvio na estrutura compensa em função do benefício que esse desvio pode gerar. Em outras palavras, por exemplo, o caso de um pilar que está posicionado em um ponto muito bom para a estrutura do pavimento tipo, mas quando se analisa o mesmo no pavimento da garagem, percebe-se que ele está no meio de uma vaga. A verificação, nessa ocasião, é saber se os custos de desvio para as cargas desse pilar são maiores que o valor da vaga em si ou não. Por essa razão, cada caso deve ser analisado individualmente, não sendo comum o uso de soluções genéricas para todas as situações. Se apenas uma solução fosse adotada de modo comum a todas as estruturas existentes, o projeto estrutural acabaria por perder uma das suas maiores singularidades, que é o fato de que cada projeto estrutural é único, com suas particularidades e seus desafios. ASSIMILE Vigas de transição são elementos que visam redistribuir os esforços que normalmente são transportados por pilares e que precisam ter sua posição alterada. Por exemplo, 7575 75 quando os pilares não podem descer até a fundação na posição original, precisam ter sua carga distribuída em outros elementos que, no caso, são as vigas de transição. A viga de transição muda o eixo da carga que desce pelo pilar, deslocando essa carga para seus apoios. A essa situação, dizemos que a carga “transitou” (foi dividida) do seu eixo original para os apoios da viga de transição. 3. Lançamento estrutural O lançamento estrutural, como atividade pertinente do projeto estrutural, requer uma análise minuciosa de todas as particularidades que uma arquitetura pode apresentar. Dentre outras situações, podem ser destacados os seguintes itens a partir do projeto de arquitetura: • Tipo de edificação: analisar qual será a utilização final do empreendimento. • Padrão da edificação: verificar se é popular, médio ou alto padrão. Essa informação pode influenciar no tamanho dos vãos, nos tipos de acabamento, na quantidade de vagas na garagem, etc. • Localização da edificação: alguns parâmetros de cálculo são definidos a partir da posição geográfica e do seu entorno, como a ocorrência de ventos e sismos. • Existência de andar tipo: procuram-se adotar dimensões- padrões dos elementos no andar tipo para que haja repetição de fôrmas ao longo da construção do edifício, assim como a racionalização de materiais em virtude da repetição que ocorre nos pavimentos tipos. • Possibilidade de modulação da alvenaria: quando é possível calcular a quantidade exata de blocos (fiadas) embaixo das vigas da estrutura, pode-se adotar uma altura fixa para todas 7676 as vigas do pavimento, facilitando a montagem das formas e das alvenarias. Entretanto, esse caso deve ser verificado com o construtor, pois pode levar a um dimensionamento mais dispendioso. Essas informações não são apenas apresentadas no projeto arquitetônico, mas também são fornecidas pelo cliente no momento das reuniões necessárias para que sejam alinhados todos os pontos importantes do projeto. Ao se analisar a arquitetura, portanto, alguns pontos comuns já podem ser observados para a disposição da estrutura em planta. Pontos comuns dos pavimentos tipo que geralmente são utilizados como de fácil inserção da estrutura são os cantos, as divisões entre unidades de apartamentos e as regiões de encontro de paredes. Esses pontos facilitam a inserção de elementos estruturais, como os pilares, pois possibilitam que esses elementos fiquem escondidos na arquitetura sem prejudicar a utilização do ambiente. Quando muitos elementos estruturais ficam aparentes na arquitetura, diz-se que a estrutura está suja, ou seja, atrapalha os ambientes propostos pelo projeto arquitetônico e, em alguns casos, até mesmo a funcionalidade do ambiente. Imagine a inserção de um pilar numa região de corredor, que no geral é de uso comum para circulação de pessoas. O pilar atrapalharia a passagem e até mesmoeliminaria a visão de um ambiente mais amplo e aberto. Estrutura e arquitetura precisam caminhar juntas, com a mesma finalidade, que, no caso dos edifícios, é atender às propostas arquitetônicas para os ambientes de forma segura e clara. Essa situação é capaz, inclusive, de minimizar problemas durante a fase de execução na obra. Na Figura 9 é demonstrado um projeto arquitetônico residencial de um andar padrão (tipo) com dois apartamentos por andar. 7777 77 Figura 9 – Planta arquitetônica de um andar tipo com dois apartamentos Fonte: elaborado pelo autor. 7878 Na Figura 10, é proposta uma estruturação (concepção estrutural) para esse mesmo andar tipo. Perceba as posições propostas para os pilares, vigas e lajes nesta Figura 10. Figura 10 – Proposta de lançamento estrutural para andar tipo com dois apartamentos Fonte: elaborado pelo autor. 7979 79 Ao se definir e propor a estrutura por meio do lançamento dos pilares, vigas e lajes para a arquitetura proposta, é comum enviar essa proposição para que o arquiteto possa aprovar as posições e dimensões dos elementos estruturais. Caso a arquitetura tenha algum comentário sobre a posição ou dimensão de algum elemento, o profissional de estruturas procurará atender, de modo que a estrutura mantenha sua segurança estrutural e ainda contemple a solução às expectativas da arquitetura. Essa atividade recebe o nome de compatibilização, pois é necessário compatibilizar as possíveis interferências entre os projetos de diferentes especialidades, não apenas de arquitetura x estrutura, mas também os projetos de instalações elétricas, hidráulicas, ar-condicionado, pressurização, entre outros. Para realizar a estruturação de um edifício de modo a minimizar os efeitos de interferência com as diversas especialidades, alguns itens podem ser seguidos, como, por exemplo: • posicionar os pilares nos cantos; • posicionar os pilares em regiões comuns a todos os pavimentos, como área de elevadores e escadas; • lançar os pilares internos, escondendo-os nas alvenarias; • procurar encontrar posições que não afetem as vagas e a circulação de carros na garagem. Para um melhor arranjo da estrutura, também é comum: • manter os pilares alinhados, para formar pórticos que colaboram na rigidez da estrutura; • procurar manter vãos com a mesma ordem de grandeza, pois vãos muito diferentes podem gerar estruturas antieconômicas. 8080 Conforme citado, na impossibilidade de os pilares ficarem posicionados em regiões que gerem livre circulação de veículos ou nas próprias vagas da garagem, busca-se alterar a posição deles em andares superiores. Essa situação pode ser realizada com o uso de vigas de transição ou com a mudança de sentido dos pilares. Para realizar essas alterações, é comum se ter um pavimento de transição, que é um pavimento, geralmente o térreo ou o 1º andar, onde ocorrem essas mudanças de posição dos pilares. A mudança de posição de um pilar deve ser sempre bem avaliada, pois em um edificío de múltiplos andares, os pilares que recebem as cargas e as vão acumulando andar a andar, ao chegarem ao térreo, possuem elevada taxa de carregamento, o que normalmente leva ao uso de elementos com grandes tamanhos e grande quantidade de armadura para poder transferir as cargas desses pilares para outros pilares em posições mais favoráveis. Nesse sentido, Alva (2007, p. 3) afirma que: Em alguns casos, as posições dos pilares dos subsolos não são compatíveis com a distribuição de pilares estudada para o pavimento- tipo. Nessa situação, é usual (embora deva ser evitado) projetar-se uma estrutura de transição, responsável por transferir as ações dos pilares posicionados de acordo com o projeto arquitetônico do andar tipo para pilares posicionados segundo a compatibilidade com os projetos arquitetônicos do andar térreo e do subsolo. Não apenas por encarecer a estrutura, mas também por torná-la menos rígida, é que o uso de transições nos edifícios altos é evitado. Entretanto, em determinadas situações, isso é impossível, dessa forma, torna-se a solução necessária para se estruturar determinada edificação. Quanto menos pilares chegarem diretamente à fundação (devido ao maior uso de vigas de transição), menor rigidez a estrutura será capaz de conferir à estabilidade global da edificação, o que é uma situação não desejável. 8181 81 A NBR 6.118 (ABNT, 2014), em seu item 24.5.8, informa que toda estrutura deve ter sua estabilidade global verificada. Para estruturas de concreto armado, por exemplo, essa verificação se dá por meio de algumas maneiras, porém, uma das mais renomadas é por meio do coeficiente gama Z. Esse coeficiente possui como referência o valor de 1,1 e é um parâmetro que busca avaliar a estabilidade global de edifícios. Softwares de projeto estrutural possuem esse tipo de verificação incorporado em suas rotinas de cálculo. Para o coeficiente gama Z, quanto maior o seu valor (> 1,1), mais deslocável será a estrutura. No caso de uma edificação com muitas vigas de transição, o valor desse coeficiente é maior do que em estruturas com poucas ou nenhuma transição. PARA SABER MAIS O parâmetro de verificação da estabilidade global possui formulação completamente idealizada por engenheiros brasileiros. Os autores são os engenheiros Augusto Carlos Vasconcelos e Mário Franco. Essa metodologia de análise tem sido utilizada de modo amplo já há alguns anos no cálculo das estruturas de concreto armado. 4. Análise das interferências na garagem Na Figura 11, observa-se a planta de uma edificação com diversos andares e 12 apartamentos por andar tipo. 8282 Figura 11 – Andar tipo com 12 apartamentos Fonte: arquivo pessoal do autor. Nesta planta, ao se posicionarem alguns pilares nas extremidades (círculos vermelhos), para exemplo de aplicação, esses mesmos elementos estarão interferindo nas vagas e na livre circulação de veículos na garagem. Na Figura 12, observa-se a posição dos pilares lançados nas extremidades da planta de arquitetura apresentada na Figura 11. Figura 12 – Andar tipo com 12 apartamentos Fonte: arquivo pessoal do autor. 8383 83 Neste caso, a situação pode ser resolvida com a eliminação das vagas onde os pilares estão posicionados, mas essa é uma solução que provavelmente não seria bem recebida pelos investidores do projeto, desse modo, outras soluções possíveis devem ser discutidas. Uma alternativa eficiente seria tentar posicionar o pilar em uma região na garagem que pudesse ser também aproveitável para o pavimento tipo. Essa situação, numa fase de pré-projeto, pode ser avaliada com a arquitetura, onde, em alguns casos, a alteração do layout arquitetônico pode ser considerada, e assim, em conjunto, o problema solucionado. Outra possibilidade é a inserção das vigas de transição, com isso, a carga dos pilares que não estão em posições ideais teria que ser desviada para pilares nas extremidades dessas vigas. É importante lembrar que, no caso de adoção das vigas de transição, é vital que ela seja dimensionada com muito cuidado, pois são elementos com cargas muito elevadas, sofrendo não apenas de flexão exagerada como também de grandes esforços cortantes, uma vez que os pilares que estarão apoiados sobre elas são tratados como cargas pontuais nessas vigas. Além do cuidado no dimensionamento, o detalhamento desses elementos deve ser realizado com cuidado, pois, por conta dos altos esforços, a quantidade de armadura também tende a ser alta. Uma deficiência no detalhamento pode gerar problemas durante a concretagem dessas vigas, como, por exemplo, os vazios de concretagem (bicheiras), enfraquecendo a resistência de um elemento com grande responsabilidade para a estabilidade da estrutura. Os pilares que passam pelo pavimento da garagem e chegam à fundação devem estar locados de modo a não interferir na circulação dos automóveis e também nas referidas vagas. A sua existência nos pavimentos utilizados como garagem deve permitir que as vagas sejamdispostas de forma uniforme, de acordo com as necessidades de distanciamento entre vagas. No geral, a arquitetura já procura dispor as vagas de modo a atender as distâncias mínimas para o tamanho de cada vaga. O atendimento dessas distâncias facilita a modulação das vagas nesses ambientes. 8484 Outro ponto importante nas garagens são as alturas das vigas, uma vez que, ao se utilizar uma viga com altura elevada, pode ser que ela interfira na passagem de veículos no ambiente. A maioria dos códigos de obras municipais preveem uma altura livre mínima de 2,30 m para os ambientes com circulação de automóveis, todavia, para cada obra, devem ser verificados os códigos normativos da localidade, pois pode haver variação nesses valores de cidade para cidade. Em muitos casos, é comum adotar vigas bem mais largas para tentar compensar a falta de altura das vigas, apesar de ser uma solução menos efetiva, em alguns casos pode ser o suficiente. Também é usual em prédios de múltiplos andares o uso de resistência de material maior nos andares mais baixos. Se você imaginar um edifício em concreto armado (situação mais corrente em território nacional) é comum encontrar obras onde, nos pavimentos mais baixos, como a garagem, são adotados valores para a resistência característica à compressão do concreto (fck) maiores do que nos pavimentos tipo. Essa situação faz com que, mesmo possuindo taxas de carregamentos que nos andares superiores, o pilar não precise aumentar de tamanho, pois compensa essa falta de tamanho com um material mais resistente e viabilizando o uso de pilares mais esbeltos nesses pavimentos. Essa decisão também pode ser tomada nos pavimentos de transição ou que possuem elementos de transição, pois, por serem elementos muito carregados, precisam ter um material de maior resistência. 5. Considerações finais • A análise dos pavimentos como um todo, desde o momento da arquitetura até a fase de lançamento estrutural, requer muita atenção e prática. Pratique o exercício de tomar algumas arqui- teturas como exemplo e visualizar modos diferentes de se resol- ver o lançamento estrutural de forma a não gerar impactos no layout dos ambientes. 8585 85 • Essa atividade requer muita prática e vai necessitar de você um ele- vado grau de atenção nas primeiras vezes que executar esse tipo de tarefa. Com o passar do tempo e com experiência, ao visualizar uma arquitetura, sua mente automaticamente começará a pensar em como seria melhor uma estrutura de um modo em detrimento a outro e vice-versa. TEORIA EM PRÁTICA Seu superior em um escritório de projetos estruturais solicitou que você realize um pré-lançamento da estrutura sobre uma planta de arquitetura de um edifício de múltiplos andares. Para essa planta arquitetônica, conforme apresentada abaixo, analise as condições da arquitetura e busque propor soluções para o lançamento dos elementos estruturais. Ao realizar a análise, proponha a posição dos elementos estruturais de modo que esses elementos não atrapalhem a distribuição de vagas conforme projeto de arquitetura. Utilize o pavimento tipo para dispor os pilares, mas sem se esquecer de avaliar o pavimento da garagem. 8686 VERIFICAÇÃO DE LEITURA 1. Em um projeto de estruturas, diversos elementos são utilizados para compor o arranjo estrutural. O uso de vigas de transição tem a finalidade de: a. Receber as cargas das lajes acima e levarem a outras vigas. b. Receber a carga de pilares acima e levarem para outros pilares em outras posições. c. Travar a estrutura horizontalmente. d. Receber a carga de vigas e levar para a fundação. e. Aumentar a estabilidade global da estrutura. 2. Com relação à análise do projeto de arquitetura, concepção e lançamento estrutural do pavimento tipo, considere as afirmações a seguir e assinale com V para verdadeiro e com F para falso. ( ) A estrutura deve ser lançada a partir do pavimento tipo e, na sequência, avaliar os demais andares. ( ) Os pilares não atrapalham os demais andares, pois são elementos que sempre estão escondidos nas alvenarias. ( ) A posição das vigas e dos pilares na estrutura é um papel que deve ser discutido em conjunto com a arquitetura, para uma melhor solução do projeto. ( ) O pavimento tipo é o pavimento sem repetição localizado sobre o pavimento. 8787 87 Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta. a. F – V – F – V. b. V – F – V – V. c. V – F – V – F. d. F – V – V – F. e. V – V – F – F. 3. Quanto maior o número de elementos de transição utilizados na estrutura de um edifício, consequências ocorrem no contexto estrutural. Está correto o que se afirma em: a. Quanto maior o número de transições na edificação, mais elegante a estrutura se apresenta, pois atende melhor à arquitetura. b. Quanto maior o número de transições na edificação, mais facilmente as cargas chegam à fundação. c. Quanto maior o número de transições na edificação, mais rigidez a estrutura tende a ter. d. Quanto maior o número de transições na edificação, menos rigidez a estrutura tende a ter. e. Quanto maior o número de transições na edificação, melhores são as condições estruturais para o prédio. 8888 Referências bibliográficas ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6.118: projeto de estruturas de concreto – procedimento. Rio de Janeiro, 2014. 238 p. ALVA, G. M. S. Concepção estrutural de edifícios em concreto armado. Santa Maria: Departamento de Estruturas e Construção Civil, Universidade Federal de Santa Maria, 2007. REBELLO, Y. C. P. A concepção estrutural e a arquitetura. 6. ed. São Paulo: Zigurate Editora, 2010. Gabarito Questão 1 – Resposta B O uso de vigas de transição nas estruturas tem a finalidade de receber as cargas de pilares que não podem descer até a fundação e, por esse motivo, precisam ter suas cargas levadas para outros pilares que chegam à fundação em outras posições. Questão 2 – Resposta C A primeira afirmação é verdadeira, pois o lançamento estrutural é indicado que se inicie pelo pavimento padrão da edificação, que, no caso, é o pavimento tipo. A segunda afirmação é falsa, pois nem sempre os pilares estão escondidos nas alvenarias. A terceira afirmação é verdadeira, pois, sempre que possível, a estrutura deve estar em contato com a arquitetura e, assim, em conjunto, buscar a melhor solução estrutural para todos os ponto da obra. A quarta afirmação é falsa, pois o pavimento tipo é o andar padrão da edificação e que se repete “n” vezes, de acordo com o número de pavimentos para o edifício. 8989 89 Questão 3 – Resposta D Quanto mais transições uma edificação possui, menos rigidez essa estrutura tende a ter, uma vez que o uso das transições diminui o número de pilares que chegam diretamente até a estrutura. Esses elementos de transição são caracterizados por serem elementos de transferência indireta de carga e, com isso, geram maiores dificuldades de transferência de carga, deixando a estrutura mais deslocável. 909090 Dimensionamento de lajes Autor: Thiago Drozdowski Priosta Objetivos • Interpretar corretamente o funcionamento das lajes. • Dimensionar as lajes das edificações. • Realizar as devidas verificações nas lajes. 9191 91 1. Introdução As lajes são os primeiros elementos que recebem as cargas nas estruturas. São elementos que fazem a interface entre a estrutura em si e o que se apoia sobre a estrutura. Recebem as cargas das pessoas que transitam sobre elas, dos móveis, utensílios, equipamentos, enfim, tudo o que encontramos em um ambiente está apoiado praticamente sobre as lajes. Em alguns casos, as lajes servem também para o apoio de outros elementos construtivos, como as paredes de alvenaria ou paredes de divisórias. Além de ser o elemento que recebe a carga da utilização da edificação quando adotada como piso, as lajes também servem à função de cobertura, isso é, cobrem algum ambiente. Nesse caso, as cargas comuns que as lajes devem suportar são as provenientes deimpermeabilização, do peso da estrutura do telhado, telhas e demais elementos de cobertura, como calhas, rufos, forros, etc. Você pode perceber, então, que as cargas que atuam nas lajes são basicamente as cargas perpendiculares ao seu plano, dessa forma, pode-se definir o conceito de lajes como elementos de placas, destinados a receberem carregamentos verticais aplicados sobre si. Esses elementos de placas são também chamados de elementos de superfície, caracterizados por possuírem espessura bem menor que as outras duas dimensões (comprimento e largura), e recebem também a definição conforme apresentado na NBR 6.118 (ABNT, 2014) em seu item 14.4.2.1, que diz que as placas são os elementos de superfície plana, sujeitos principalmente a ações normais a seu plano e que essas placas são usualmente denominadas lajes. Esse tipo de elemento estrutural possui seu funcionamento basicamente caracterizado por absorver as cargas verticais e distribuir essas cargas para as vigas que estão ao seu redor. Nesse contexto, Pilotto Neto (2018) 9292 explica o funcionamento da estrutura de forma que as lajes se apoiam em vigas, que, por sua vez, se apoiam em pilares que transmitem as cargas às suas fundações. As cargas distribuídas sobre as lajes são as provenientes de sua utilização e também dos acabamentos (revestimentos) dispostos sobre a laje. Os valores mínimos dessas cargas são definidos pela NBR 6.120 (ABNT, 2000). 2. Lajes 2.1 Tipos de lajes 2.1.1 Lajes em concreto armado As lajes podem ser executadas de diversos materiais, sendo as mais comuns realizadas em concreto armado. Nessas lajes, a região tracionada no elemento recebe armadura que responde a esse tipo de solicitação, e nas regiões comprimidas, o concreto é o responsável pela absorção desses esforços. As lajes em concreto armado podem ser do tipo maciças, treliçadas, lisas, cogumelos, nervuradas, entre outros. A seguir, observe alguns tipos mais comuns dessas lajes. • Lajes lisas: as lajes lisas são apoiadas diretamente sobre os pilares, sem a existência de vigas. Nesse tipo de laje, são necessários cuidados especiais com relação ao efeito de puncionamento que pode ocorrer na região de apoio da laje com o pilar. • Lajes cogumelos: as lajes cogumelos são uma variação das lajes lisas, pois possuem os capitéis, com a função de reforçar a região de ligação entre lajes e pilares por meio de um “engrossamento” da laje nessa região. Esse engrossamento é o responsável por conferir uma capacidade maior de suporte quanto a esforços de puncionamento que ocorrem nesse tipo de laje. 9393 93 Lajes lisas e lajes cogumelos são dois tipos de lajes bastante comuns em situações em que se busca aumentar o pé-direito, como, por exemplo, em regiões de garagem, pois eliminam a necessidade de vigas. • Lajes nervuradas: são lajes que possuem diversas nervuras em sua composição, também são conhecidas como lajes colmeia, em função de sua aparência se assemelhar a uma colmeia de abelhas. Esse tipo de laje é recomendado para onde há necessidade de se vencerem grandes vãos com poucos apoios. É um tipo de laje bastante utilizado para edifício comerciais, onde a eliminação de apoios proporciona maior liberdade para os ambientes que serão futuramente comercializados, como salas comerciais, por exemplo. • Lajes treliçadas: são lajes usuais em edificações de menores portes, como residências e pequenos comércios. Nesse tipo de laje, são adotados alguns elementos de enchimento, como as lajotas cerâmicas ou blocos de isopor, com a finalidade de se reduzir peso próprio. Seu funcionamento se dá pelas treliças que funcionam como nervuras resistentes e que estão apoiadas em uma única direção. • Lajes maciças: as lajes maciças são as lajes mais usuais em edifícios residenciais, pois podem trabalhar com vãos maiores e suportar mais cargas que as lajes treliçadas. As lajes maciças são constituídas de concreto e aço, onde a união desses dois materiais contribui para a resistência dos esforços conjuntamente. Esse tipo de laje também auxilia os prédios na estabilidade lateral dos edifícios, contribuindo com as vigas e os pilares, fazendo parte do contraventamento da estrutura. Fusco e Onishi (2017) contribuem para esse raciocínio afirmando que as lajes possuem comportamento de placa quando submetidas às cargas verticais e de chapa quando funcionam como diafragma horizontal rígido, contribuindo para o sistema de contraventamento da estrutura. Nesse papel, devido à sua maior rigidez, as lajes maciças contribuem mais do que as lajes treliçadas. 9494 2.1.2 Lajes mistas Também existem as lajes de aço e concreto (chamadas de lajes com fôrma de aço incorporada). Para esse tipo de laje, a NBR 8.800 (ABNT, 2008), em seu item Q.1.2.1, indica: […] laje mista de aço e concreto é aquela em que, na fase final, o concreto atua estruturalmente em conjunto com a fôrma de aço, funcionando como parte ou como toda a armadura de tração na laje. Na fase inicial, ou seja, antes de o concreto atingir 75% da resistência à compressão especificada, a fôrma de aço suporta isoladamente as ações permanentes e a sobrecarga de construção. Nessas lajes mistas, não há armaduras introduzidas ao concreto, mas sim as próprias fôrmas metálicas são responsáveis por resistirem aos esforços de tração que atuam nas lajes. Figura 13 – Laje mista com fôrma de aço incorporada Fonte: adaptado da NBR 8.800 (ABNT, 2008). O uso de lajes mistas ainda não é uma prática tão diluída nas construções residenciais, principalmente nas edificações usuais, ficando mais restrito à sua utilização em edificações industriais e comerciais. O uso desse tipo de laje em residências tem se limitado, por hora, em casas de altíssimo padrão. Um dos motivos para essa situação, além de ser uma tipologia de laje apenas mais recentemente adotada, deve-se ao fato de que, mesmo as lajes maciças em concreto armado são comuns em estruturas onde se 9595 95 utilizam vigas e pilares metálicos, pois a interação entre a estrutura metálica das vigas com as lajes em concreto armado ocorre sem maiores problemas e, portanto, sendo uma prática comum em grande parte das estruturas. Também pode-se adotar chapas de aço para cumprir o papel de piso de alguma estrutura, entretanto, esse tipo de situação é mais comum para estruturas de pequeno porte e com vãos relativamente pequenos, como, por exemplo, em mezaninos metálicos. Outra alternativa para o fechamento dos pisos nessas estruturas de mezaninos metálicos são as placas cimentícias ou chapas de madeira (painel OSB), mas assim como as chapas de aço, esse matérial também requer uma grelha de vigas metálicas para que o piso possua vão extremamente pequeno, inviabilizando sua utilização em estruturas de maior porte, como, por exemplo, em uma residência. Na Figura 14, observa-se um mezanino de estrutura metálica com fechamento do piso realizado em painéis do tipo OSB. Perceba que a distância entre as vigas metálicas é pequena, pois os painéis utilizados como piso não possuem grande capacidade portante para grandes vãos. É por esse motivo que sua utilização em larga escala, como em projetos de edifícios, não é viabilizada. Figura 14 – Mezanino em vigas metálicas com piso em painel OSB Fonte: acervo pessoal do autor. 9696 É possível definir, então, que o uso de lajes como elemento de fechamento de piso e de telhado, em grande parte dos casos, é realizado por meio de estrutura em concreto armado, sendo as lajes maciças os principais tipos encontrados nas edificações, mesmo em se tratando de estruturas com vigas e pilares em concreto armado ou metálicas. Por esse motivo, o conteúdo a seguir focará nesse tipo de estrutura. 3. Lajes maciças em concreto armado 3.1 Classificação das lajes Além dos tipos de lajes observados anteriormente, as lajes maciças de concreto armado podem ser classificadas também de acordo com a direção de apoio que possuem. Essa classificação é importante, pois, na direção quea laje está apoiada, ocorre também a armação principal desse elemento. Quanto a esse tipo de classificação, podemos então ter as lajes que são armadas em uma direção ou as lajes armadas em duas direções. Para Bastos (2015, p. 2), a direção das lajes é obtida por meio do cálculo da relação dos lados da laje (λ) e é apresentado na Eq. 16: y x λ ≥ Eq. 16 Onde λ é a relação dos lados da laje, y é o maior vão da laje e x é o menor vão da laje. Se λ > 2 as lajes são definidas como armadas em uma direção e se λ ≤ 2 as lajes são definidas como armadas em duas direções. Essa classificação é importante para se decidir qual modelo de cálculo será adotado para a referida laje, uma vez que, a depender da classificação, temos o que se conhece por direção principal e direção secundária da laje. Para a definição dos vãos de cálculo das lajes (maior vão e menor vão), Porto e Fernandes (2015) indicam que sejam consideradas as distâncias de eixo a eixo dos apoios. Nesse caso, como as lajes se apoiam nas vigas, adota-se a distância do eixo de uma viga até o eixo da outra viga de apoio da laje. 9797 97 • Lajes maciças armadas em uma direção: em lajes maciças armadas em uma direção, o menor vão é a direção principal, pois os esforços são preponderantes nessa direção; isso significa que a armadura resistente dessa laje se dará exatamente nessa direção. Isso ocorre porque as lajes armadas em uma direção são de geometria mais próxima de um retângulo do que de um quadrado, então os esforços atuam exatamente onde o vão é menor. Na outra direção, os esforços são muito menores e geralmente desprezados, sendo dispostas apenas armaduras construtivas que auxiliam na minimização das fissuras que podem ocorrer nesse tipo de elemento. Essas armaduras construtivas são chamadas de armaduras de distribuição. • Lajes maciças armadas em duas direções: para o caso de lajes maciças armadas em duas direções, o menor vão (direção principal) também possuirá os esforços de maior magnitude, sendo posicionada nesse menor vão as armaduras principais. No maior vão (secundário) ainda existem esforços atuantes, porém, de menor intensidade que os atuantes na direção principal da laje. Na direção secundária, ocorrem as armaduras secundárias, que possuem menor área de aço que a armadura principal, mas que, diferentemente das lajes armadas em uma direção, não podem ser desprezados. PARA SABER MAIS Porto e Fernandes (2015) afirmam que o cálculo de lajes armadas em uma única direção respeita fielmente o comportamento de vigas com largura de 1,0 m, sendo, portanto, o dimensionamento desses elementos relativamente de fácil compreensão, enquanto que o cálculo de lajes armadas em duas direções apresenta maior complexidade. 9898 3.2 Vinculação nas bordas As bordas das lajes possuem diferentes vínculos de acordo com a forma em que se encontram na estrutura, isso é, a depender da ocorrência de continuidade ou não na laje, as bordas das lajes podem ser engastadas, simplesmente apoiadas ou livres. As bordas engastadas ocorrem quando uma laje possui continuidade, ou seja, há outra laje no bordo seguinte à laje a qual se está analisando. Quando existe essa continuidade e a laje seguinte está no mesmo nível que a laje analisada, considera-se que há a borda engastada. Observe a Figura 15 que apresenta duas lajes contínuas, niveladas e, portanto, com bordas engastadas. Figura 15 – Planta de fôrma com três lajes maciças em concreto armado Fonte: elaborado pelo autor. 9999 99 A laje maciça LM1 possui abaixo dela outra laje (LM2), isso é, possui continuidade e ambas estão no mesmo nível (106,97), desse modo, a LM1 é considerada engastada na LM2 e a LM2 é considerada engastada na LM1. Perceba, ainda na Figura 15, que à esquerda, à direita e acima da laje LM1 não existem outras lajes, dessa forma, nessas bordas, a laje LM1 é considerada simplesmente apoiada. Na mesma Figura 15, temos a laje LM3, que acima está engastada na LM2, à esquerda e à direita está simplesmente apoiada, pois não há continuidade, e abaixo ela está livre, pois não há nenhum elemento para apoio da mesma nesse ponto. Para a representação do que foi comentado anteriormente referente aos vínculos das bordas das lajes, é comum adotar uma representação (simbologia) universal conhecida no meio técnico da engenharia de estruturas que é a que segue exposta na Figura 16. Figura 16 – Simbologia para representação das bordas de uma laje Fonte: adaptado de Porto e Fernandes (2015). Diante da simbologia apresentada na Figura 16, podemos definir os apoios das lajes maciças da Figura 15 (LM1, LM2 e LM3) que, neste caso, ficará conforme apresentado na Figura 17 a seguir: 100100 Figura 17 – Lajes LM1, LM2 e LM3 com as representações dos vínculos nas bordas Fonte: elaborado pelo autor. Pela Figura 17, é possível observar que a laje maciça LM1 possui borda apoiada à esquerda, acima e à direita, enquanto que, abaixo, está engastada na LM2. Já a laje maciça LM2 está apoiada à esquerda, abaixo e à direita, enquanto que, acima, está engastada na LM1; e a laje LM3 está engastada na LM2 acima, apoiadas nos lados esquerdo e direito e abaixo ela é livre (não há apoio). Uma particularidade apresentada nesse exemplo é a condição em que a laje LM3 se engasta na LM2 enquanto que o contrário não ocorre. Esse fato se dá pela condição de a laje LM3 ser muito menor (geometria) que a laje LM2 e, por esse motivo, não possui condições (rigidez) suficientes para engastar uma laje muito maior que a si mesma. 101101 101 4. Dimensionamento de lajes Conhecidas, portanto, a classificação das lajes e suas vinculações, é possível prosseguir ao seu dimensionamento, que é o processo de definição da geometria e da quantidade de aço que a laje deverá ter. É importante lembrar o que é preconizado na NBR 6.118 (ABNT, 2014) em seu item 13.2.4.1 quanto às espessuras mínimas que devem ser adotadas em lajes maciças de concreto armado, sendo elas: • 7 cm para cobertura não em balanço; • 8 cm para lajes de piso não em balanço; • 10 cm para lajes em balanço; • 10 cm para lajes que suportem veículos de peso total menor ou igual a 30 kN; • 12 cm para lajes que suportem veículos de peso total maior que 30 kN. Lajes em balanço ainda devem ter um cuidado especial em função da necessidade de majoração adicional dos esforços solicitantes, onde o valor do coeficiente adicional é exposto na tabela 13.2 da NBR 6.118 (ABNT, 2014). Para a definição da espessura da laje, é usual partir de um pré- dimensionamento, isso é, estimar essa espessura da laje em função do vão. Após isso, então se calcula a quantidade de armadura que não permita que a laje atinja sua ruptura. Na situação do dimensionamento da laje, calcula-se a estrutura no Estado Limite Último (ELU), ou seja, define-se a condição que a laje entraria em colapso e adota-se uma espessura e armadura que não permite que isso ocorra, sempre lançando mão dos coeficientes de segurança dos esforços solicitantes e dos materiais, que são definidos na NBR 8.681 (ABNT, 2004). 102102 Os esforços solicitantes que atuam em uma laje são definidos por momentos fletores e as reações de apoio. As reações de apoios são as cargas que as lajes distribuem nas vigas de apoio em seu entorno. Os momentos fletores são as causas que geram a necessidade de armadura nas lajes. O cálculo dos momentos fletores pode ser realizado de diversas maneiras, no caso das lajes armadas em uma direção, o procedimento é análogo ao das vigas, ou seja, sendo essa laje biapoiada, bi-engastada ou apoiada x engastada, formulações da estática são possíveis de serem adotadas para o cálculo desses esforços. Na Eq. 17 a formulação para o cálculo do momento positivo no meio do vão de lajes biapoiadas apresentada por diversos autores, inclusive por Porto e Fernandes (2015, pg. 71), é demonstrada. Eq. 17 Onde M representa o momento positivo no meio do vão, p é a carga distribuída sobre a laje eé o vão da laje. Para o caso de lajes que estejam com apenas um dos lados apoiados e o outro lado engastado, ocorrem também os momentos negativos, não apenas o positivo como no caso anterior. Nessa situação, as equações de momento positivo e negativo apresentadas por Porto e Fernandes (2015, pg. 72) são as demonstradas na Eq. 18. Eq. 18 Onde M representa o momento positivo no meio do vão, X é o momento negativo no apoio engastado, p é a carga distribuída sobre a laje e é o vão da laje. 103103 103 Quando a laje se encontra bi-engastada, então as formulações apresentadas por Porto e Fernandes (2015, pg. 72) são as demonstradas na Eq. 19. Eq. 19 Onde M representa o momento positivo no meio do vão, X é o momento negativo nos engastes, p é a carga distribuída sobre a laje e é o vão da laje. No caso das lajes armadas em duas direções, Bastos (2015) afirma que os esforços solicitantes e as deformações nas lajes armadas em duas direções podem ser determinados por diferentes teorias, sendo as mais importantes as seguintes: a. teoria das placas: desenvolvida com base na teoria da elasticidade; b. processos aproximados; c. método das linhas de ruptura ou das charneiras plásticas; d. métodos numéricos, como o dos elementos finitos, de contorno, etc. A teoria geral das placas, mesmo tendo em sua solução uma tarefa muito complexa, é amplamente adotada em função do desenvolvimento de diversas tabelas que auxiliam no cálculo desses esforços. Bastos (2015) afirma que essas tabelas possuem coeficientes que proporcionam o cálculo dos momentos fletores e das flechas para os diferentes casos específicos de apoios e carregamentos. Há diversas tabelas de autores, como Czerny, Stiglat/Wippel, Bares, Szilard, entre outros. As mais usuais são as tabelas de Bares1, em que, por meio do coeficiente, os momentos fletores das lajes maciças de duas direções podem ser calculadas pela equação apresentada na Eq. 20: 1 Neste material, serão utilizados os “Anexos A, B, C, D e E”, as tabelas adaptadas de Bastos (2015), e que são baseadas nas produções de Bares. 104104 Eq. 20 Onde M representa o momento, p é a carga distribuída sobre a laje, é o vão da laje e μ é o coeficiente tabelado apresentado nas tabelas citadas e que são facilmente encontradas nas referências bibliográficas deste material. Conhecidos os esforços solicitantes de uma determinada laje, é necessário o cálculo da armadura que essa laje possuirá. Para isso, utilizamos os coeficientes tabelados “tipo K”, onde o coeficiente Kc é obtido pela equação apresentada na Eq. 21: 100 · d 2 Md Kc = Eq. 21 Onde Md é o momento de cálculo (já majorado) em kN.cm e d é a altura útil da laje em cm. O valor 100 na Eq. 21 é constante, pois se assume que, para as lajes, sempre o cálculo é realizado para uma faixa de 100 cm (1,0 m) de largura de laje. Após o cálculo do coeficiente Kc, a NBR 6.118 (ABNT, 2014), em seu item 14.6.4.3, indica que se deve verificar o limite para redistribuição dos esforços e condições de ductilidade. Para proporcionar o adequado comportamento dúctil em vigas e lajes, o coeficiente β x no ELU deve obedecer aos seguintes limites conforme o exposto na Eq. 22 para peças confeccionadas com concretos de até 50 MPa. Esse coeficiente está relacionado com a posição da Linha Neutra (LN) no elemento estrutural. β x x d = β x ≤ 0,45 Eq. 22 Onde x é a posição da Linha Neutra e d é a altura útil das lajes. Após essa verificação, determina-se o coeficiente tabelado Ks por meio de tabelas previamente produzidas com a relação Kc x Ks. Ambos coeficientes estão apresentados no “Anexo F” ao final deste material. 105105 105 Na sequência, a área de armadura “As” da laje é calculada por meio da Eq. 23: Mdd As =Ks · Eq. 23 4.1 Detalhamento das armaduras das lajes Após o cálculo da armadura realizado pela Eq. 23, deve-se verificar a quantidade mínima de armadura a ser adicionada nas lajes de concreto armado. Essa armadura mímina, definida no item 19.3.3.2 da NBR 6.118 (ABNT, 2014), deve atender à Eq. 24 a seguir: Asmín = ρsmín · bw · h Eq. 24 Onde bw é a largura da faixa de cálculo das lajes, conforme citado anteriormente, é adotado como sendo 100 cm, h é a altura total da laje e ρsmín é a taxa de armadura mínima em função do concreto adotado na laje, sendo definida na NBR 6.118 (ABNT, 2014) e está adaptada na Tabela 6 a seguir para concreto de resistência até 50 MPa: Tabela 6 – Taxas mínimas de armadura de flexão fck (MPa) 20 25 30 35 40 45 50 ρsmín (%) 0,150 0,150 0,150 0,164 0,179 0,194 0,208 Fonte: adaptado da Tabela 17.3 da NBR 6.118 (ABNT, 2014). Além da verificação da armadura mínima, outros itens normativos devem ser observados no detalhamento das armaduras de uma laje, sendo necessário avaliar o diâmetro máximo da bitola de aço a ser adotada, conforme exposto na Eq. 25 e indicado no item 20.1 da NBR 6.118 (ABNT, 2014): h8 ≤ Eq. 25 Além do diâmetro máximo da bitola de aço escolhida para a laje, deve- se verificar o espaçamento dessas barras, sendo que, para as barras de armadura principal de flexão, deve-se adotar como espaçamento 106106 (s) máximo entre barras o valor de 20 cm ou duas vezes a espessura da laje (o que for menor). Para as barras da armadura secundária, o espaçamento (s) máximo não deve superar 33 cm entre barras. A armadura de uma laje é uma malha constituída por barras de aço convenientemente posicionadas no interior das lajes de concreto com o objetivo de absorver os esforços de tração que atuam após os carregamentos (SANTOS, 2017). A configuração de barras (bitolas) dispostas a uma certa distância (espaçamento) pode ser calculada e tabelada com a finalidade de facilitar a configuração da armação de uma laje. Ao final deste material, o Anexo G apresenta uma grande quantidade de opções de bitola x espaçamento para o correto detalhamento das lajes em concreto armado. As armaduras positivas são aquelas que absorvem os esforços dos momentos positivos da laje e, por esse motivo, são posicionadas na face inferior do elemento. As armaduras negativas são as armaduras que combatem os esforços provenientes de momento negativo e que são posicionadas na face superior das lajes, geralmente posicionadas nas regiões de apoios engastados desses elementos (sobre as vigas). ASSIMILE O detalhamento das armaduras é praticamente a tarefa final do projeto de uma estrutura em concreto armado. Mesmo sendo o serviço que finaliza o projeto, não deve receber menos atenção, pois de nada adianta calcular os esforços corretamente ou definir a posição ideal de cada elemento estrutural se o desenho que representa esse elemento e sua armação estiver errado. Lembre-se: muitas obras já ruíram por conta de detalhamento realizado erroneamente. 107107 107 5. Considerações finais • Diversos tipos de lajes são possíveis de serem utilizados nas obras comuns, entretanto, o uso de lajes em concreto arma- do tem sido há muito a opção mais adotada para essas obras. Mesmo quando se têm estruturas de vigas e pilares metálicos, o uso de lajes de concreto é comum, formando o que chamamos também de estruturas mistas. • O cálculo das lajes em concreto armado possui uma quantidade de detalhes normativos e técnicos muito alto, por esse motivo, você deve estudar bastante a respeito dos itens que a norma NBR 6.118 (ABNT, 2014) expõe e realizar uma série de anotações nas primeiras vezes em que realizar os cálculos, para que ne- nhum detalhe seja negligenciado. TEORIA EM PRÁTICA Ao atuar em um escritório de cálculo estrutural, uma das primeiras tarefas ao se calcular uma laje é a definição exata da classificação de cada laje que compõe a estrutura e também da vinculação dos seus bordos. Essa atividade é importante, pois, a partir dos resultados, o cálculo de uma laje é tomado de forma ou de outra. Para a planta de fôrmas a seguir, realize a classificação de cada laje, definindo se ela será armada em uma ou duas direções e também informandoos bordos de cada laje, se estas se apresentam engastadas, apoiadas ou livre, de acordo com cada situação. Realize o desenho de cada laje isoladamente para que seja possível praticar melhor o exercício. 108108 VERIFICAÇÃO DE LEITURA 1. As lajes maciças de concreto armado são um dos tipos de lajes normalmente adotadas em edificações usuais, dentre as opções a seguir, marque aquela que apresenta outros dois tipos de lajes comumente adotadas: a. Lajes lisas e lajes rugosas. b. Lajes mistas de concreto com fôrma de aço incorporada e lajes lisas. 109109 109 c. Lajes nervuradas e lajes mistas de madeira e aço. d. Lajes treliçadas e lajes desnervuradas. e. Lajes mistas de concreto com fôrma de aço incorporada e lajes rugosas. 2. Com relação aos tipos de lajes e sua função nas edificações, considere as afirmações a seguir e assinale com V para verdadeiro e com F para falso. ( ) As lajes lisas de concreto armado são aquelas que se apoiam em vigas posicionadas nas suas bordas. ( ) As lajes maciças de concreto armado são aquelas que se apoiam em vigas posicionadas nas suas bordas. ( ) As lajes cogumelos são aquelas formadas por capitéis na região de apoio sobre os pilares. ( ) Lajes treliçadas são aquelas em que as lajotas cerâmicas se apoiam diretamente sobre os pilares. Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta. a. F – F – V – F. b. V – F – F – V. c. V – V – V – F. d. F – V – V – V. e. F – V – V – F. 110110 3. Uma das classificações possíveis em uma laje maciça em concreto armado é por meio da direção da armadura que esta se encontra na laje. Com base nessa característica, assinale a alternativa correta: a. As lajes podem ser classificadas em armadas em uma direção ou duas direções. b. As lajes podem ser classificadas em armadas em vertical ou horizontal. c. As lajes podem ser classificadas em armadas em uma direção ou sem direção. d. As lajes podem ser classificadas em armadas em diagonal ou cruzada. e. As lajes podem ser classificadas em armadas em vertical, diagonal e horizontal. Referências bibliográficas ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6.118: projeto de estruturas de concreto – procedimento. Rio de Janeiro, 2014. 238 p. . NBR 6.120: cargas para o cálculo de estruturas de edificações. Rio de Janeiro, 1980 versão corrigida: 2000. 6 p. . NBR 8.681: ações e segurança nas estruturas – procedimento. Rio de Janeiro, 2003 versão corrigida: 2004. 18 p. . NBR 8.800: projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios. Rio de Janeiro, 2008. 237 p. BASTOS, P. S. S. Lajes de concreto. Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia, Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho. Bauru: UNESP, 2015. 111111 111 FUSCO, P. B.; ONISHI, M. Introdução à engenharia de estruturas de concreto. São Paulo: Cengage, 2017. PILOTTO NETO, E. Caderno de receitas de concreto armado: volume 3: laje. Rio de Janeiro: Ltc Editora, 2018. PORTO, T. B.; FERNANDES, D. S. G. Curso básico de concreto armado: conforme NBR 6.118:2014. São Paulo: Oficina de Textos, 2015. SANTOS, J. S. dos. Desconstruindo o projeto estrutural de edifícios: concreto armado e protendido. São Paulo: Oficina de Textos, 2017. Gabarito Questão 1 – Resposta B As lajes mistas de concreto com fôrma de aço incorporada e lajes lisas são outros dois tipos de lajes comumente adotadas em edificações usuais. As outras lajes, como lajes rugosas, lajes mistas de madeira e aço e lajes desnervuradas não fazem parte do contexto de lajes e não estão corretas. Questão 2 – Resposta E A primeira afirmação é falsa, pois as lajes lisas são aquelas que se apoiam diretamente sobre os pilares sem o uso de vigas ou de engrossamento da espessura da laje (capitel). A segunda afirmação é verdadeira, pois as lajes maciças de concreto armado, de fato, se apoiam sobre as vigas que estão posicionadas nas suas bordas. A terceira afirmação é verdadeira, pois as lajes cogumelos são aquelas que se apoiam diretamento sobre os pilares com o uso de um engrossamento (capitel) da laje na região de encontro com os pilares. A quarta afirmação é falsa, pois as lajes treliçadas são aquelas que se apoiam sobre as vigas na sua borda, por meio de vigotas (nervuras) e que possuem elementos de enchimento como as lajotas cerâmicas ou de isopor. 112112 Questão 3 – Resposta A As lajes são classificadas de acordo com a direção da armação. Elas podem ser em uma direção ou em duas direções. Nas lajes armadas em uma direção, apenas uma direção (menor vão) possui esforços de magnitude considerável, sendo os esforços na outra direção desconsiderados. Nas lajes armadas em duas direções, ambas as direções possuem esforços que devem ser considerados durante o cálculo e a armação das lajes. ANEXOS Anexo A – Coeficientes tabelados para cálculo de momentos fletores Fonte: adaptado de Bastos (2015). 113113 113 Anexo B – Coeficientes tabelados para cálculo de momentos fletores Fonte: adaptado de Bastos (2015). 114114 Anexo C – Coeficientes tabelados para cálculo de momentos fletores Fonte: adaptado de Bastos (2015). 115115 115 Anexo D – Coeficientes tabelados para cálculo de momentos fletores Fonte: adaptado de Bastos (2015). 116116 Anexo E – Coeficientes tabelados para cálculo de momentos fletores Fonte: adaptado de Bastos (2015). 117117 117 Anexo F – Coeficientes tipo k (Kc e Ks) Fonte: adaptado de Bastos (2015). 118118 Anexo G – Tabela de área de armadura por metro de largura Fonte: adaptado de Bastos (2015). 119119 119 Dimensionamento de vigas Autor: Thiago Drozdowski Priosta Objetivos • Interpretar corretamente o funcionamento das vigas. • Dimensionar as vigas de concreto das edificações. • Dimensionar as vigas metálicas das edificações. • Realizar as devidas verificações nas vigas. 120120 1. Introdução Vigas são elementos que, juntamente com os pilares e as lajes, compõem a superestrutura de uma edificação. Trabalham recebendo as cargas das lajes e também de outros elementos construtivos apoiados sobre elas, como as paredes e/ou as divisórias. As vigas absorvem essas cargas e as levam até seus apoios, que são os pilares. Em alguns casos, as vigas podem descarregar sobre outras vigas, mas depois a carga chega aos pilares para que, então, sejam transmitidas às fundações e, consequentemente, até o solo. Podem ser de diversos materiais, como concreto armado, metálicas ou de madeira. Para as obras usuais, são adotadas vigas de concreto armado ou metálicas. A escolha de qual material a ser adotado para a viga geralmente é em função do tipo de estrutura que será adotado para a obra em si. Se a obra for realizada em estrutura metálica, a viga também será do mesmo tipo de material. O mesmo ocorre para as estruturas de concreto armado, entretanto, pode ocorrer o uso de estrutura em concreto armado com a adição de vigas metálicas, dando origem as estruturas mistas de aço e concreto. As vigas são elementos tratados como elementos lineares ou mais comumente chamados de barras, pois possuem duas dimensões com a mesma ordem de grandeza (largura e altura) e muito menores que a terceira dimensão (comprimento). Geralmente, essa definição é dada para as vigas em concreto armado. Para as vigas metálicas, a definição mais exata é a de barras de parede delgada. A descrição apontada por Fusco e Onishi (2017) é a de que as barras de parede delgada têm três dimensões características com ordens de grandeza diferentes entre si. Essas peças são típicas das estruturas metálicas, não sendo usual nas estruturas de concreto. Na Figura 18 são observadas vigas compostas por diferentes materiais. 121121 121 Figura 18 – Vigas de vários materiais Fonte: adaptado de Pilotto Neto (2018). Para a NBR 6.118 (ABNT, 2014), em seu item 14.4.1.1, as vigas são elementos lineares em que a flexão é preponderante. Destaca-se que, apesar da ocorrência de outros esforços que podem existir nasvigas, como cisalhamento, tração, compressão ou torção, a flexão é o principal esforço que acomete esse tipo de elemento, sendo, muitas vezes, o responsável pelo tamanho da seção que o elemento vai ter. Essa situação não significa que os demais esforços não devem ser verificados, apesar de que, nos casos gerais, o cálculo das vigas é restrito às verificações de momento e cortante (flexão e cisalhamento, respectivamente). PARA SABER MAIS O conjunto de vigas e pilares são os responsáveis por formar os pórticos nas estruturas. Estes são os responsáveis por resistirem às ações verticais e horizontais que atuam combinadas nas estruturas. Os pórticos formados pelas vigas e pelos pilares garantem a estabilidade global da estrutura. 122122 2. Cálculo de vigas Conforme observado anteriormente, as vigas podem ser de diversos materiais, mas em função de a maior parte das edificações nacionais serem executadas em estruturas de concreto armado ou metálicas, esses dois tipos de materiais serão os abordados a seguir para o dimensionamento das vigas. 2.1 Vigas em concreto armado Para o correto entendimento do funcionamento de uma viga de concreto armado, é preciso saber como se comporta esse elemento. Sendo a viga um elemento majoritariamente fletido, uma das faces da viga sofrerá tensões de tração e a face oposta tensões de compressão. Enquanto o concreto for capaz de resistir aos esforços de tração atuantes, não ocorrem fissuras e a viga está no que chamamos de Estádio Ia (peça não fissurada), em que o próprio concreto resiste à tração. Com o aumento do carregamento, os momentos fletores também aumentam e, assim, as tensões de tração superam a resistência do concreto à tração na flexão e então a viga fissura, configurando o que se conhece por Estádio Ib (início da fissuração no concreto tracionado). O Estádio II é configurado pelo concreto já fissurado da viga e que não é mais considerado como colaborante para resistir aos esforços de tração na flexão (quem faz isso agora é o aço). O Estádio III é configurado pelo início do esmagamento do concreto comprimido. A Figura 19 apresenta uma viga sob flexão simples fissurada. Figura 19 – Vista lateral de uma viga fissurada Fonte: adaptado de Bastos (2015). 123123 123 Para uma viga sob flexão simples, a face inferior fissura quando o concreto não suportar mais os esforços de tração na flexão. Nesse momento, quem começa a trabalhar para resistir a esses esforços de tração é a armadura longitudinal inferior. Na face superior que está comprimida, o concreto funciona como material resistente, sendo necessário apenas a introdução de armaduras longitudinais construtivas, que auxiliam no posicionamento dos estribos. Em alguns casos, há necessidade de que a armadura superior auxilie o concreto na resistência dos esforços de compressão, nesse caso, a armadura adicionada é calculada para esses esforços. Na Figura 20, são demonstradas as posições das armaduras longitudinais dentro de uma viga de concreto armado. Figura 20 – Vista lateral de viga com destaque para as armaduras longitudinais Fonte: adaptado de Custodio (2018). Além das armaduras longitudinais, dentro das vigas de concreto armado, são dispostas armaduras transversais, também chamadas comumente de estribos, e as armaduras de pele, conhecidas também como costelas. As armaduras transversais (estribos) são as responsáveis pela estabilidade da viga diante dos esforços de cisalhamento (esforço cortante) e, em alguns casos, também de torção, quando esses esforços ocorrem. Já a armadura de pele (costela) é responsável por auxiliar na resistência também dos esforços de torção e em vigas de alturas 124124 maiores que 60 cm, a disposição da armadura de pele minimiza as fissuras superficiais que ocorrem nas laterais das vigas em função dos efeitos de retração do concreto. Na Figura 21, são observadas as diferentes armaduras que são utilizadas nas vigas de concreto armado. Figura 21 – Corte da seção de uma viga com a disposição das armaduras Fonte: adaptado de Custodio (2018). Observe também na Figura 21 que a altura das vigas é denominada como “h” e a largura das vigas como “bw”. Essas dimensões compõem a seção das vigas retangulares de concreto armado. 2.1.1 Dimensionamento de vigas de seção retangular com armadura simples A seção retangular com armadura simples é caracterizada pelo formato geométrico das vigas se assemelharem a um retângulo e a face tracionada é resistida por armaduras dispostas nessa região e na face comprimida, quem resiste às tensões de compressão é unicamente o concreto. Após o pré-dimensionamento de uma viga em concreto armado, onde sua seção é definida, e conhecidos os esforços (momento fletor e força cortante) atuantes em uma viga, deve-se partir ao seu dimensionamento. Para tanto, recorremos ao auxílio das tabelas tipo k, 125125 125 assim como ocorre no dimensionamento de lajes maciças em concreto armado. A Eq. 26 apresenta a maneira de se obter o coeficiente Kc que posteriormente será utilizado para obtenção do coeficiente Ks e, por fim, calcularmos a área de aço para a viga. Eq. 26 Onde o bw é a largura da viga, d é a altura útil do elemento (conforme demonstrado na Figura 20) e Md é momento fletor de cálculo (já majorado). A altura útil “d” em uma viga é a distância da borda mais comprimida até o eixo da armadura tracionada. Para se chegar ao valor da altura útil “d”, é usual, no caso de vigas, descontar de 3 a 6 cm da altura total “h”. Após o cálculo do coeficiente Kc, a NBR 6.118 (ABNT, 2014), em seu item 14.6.4.3, indica que se deve verificar o limite para redistribuição dos esforços e condições de ductilidade. Para proporcionar um adequado comportamento dúctil em vigas e lajes, o coeficiente no ELU deve obedecer ao limite exposto na Eq. 28 para peças confeccionadas com concretos de até 50 MPa. Esse coeficiente está relacionado com a posição da Linha Neutra (LN) no elemento estrutural. Eq. 27 Onde x é a posição da Linha Neutra e d é a altura útil das vigas. Após essa verificação, determina-se o coeficiente tabelado Ks (os coeficientes Kc e Ks são apresentados no “Anexo A” ao final deste material) e na sequência, a obtenção da área de aço “As” necessária às vigas de concreto armado é feita por meio da Eq. 28: Eq. 28 126126 O detalhamento das armaduras longitudinais das vigas de concreto armado é realizado por meio da escolha de armaduras que atendam à área de aço calculada na Eq. 28. Essa escolha pode ser feita com o auxílio de tabelas que dispõem a área de aço para cada bitola e quantidade de armaduras possíveis. O “Anexo B” apresenta uma tabela com essas características. 2.1.2 Dimensionamento de vigas de seção retangular com armadura dupla Nas seções retangulares com armadura dupla, além da armadura longitudinal na face tracionada, há armadura longitudinal na face comprimida. Essa armadura auxilia o concreto na resistência das tensões de compressão que ocorrem nas vigas em concreto armado para evitar que o dimensionamento das vigas permaneça no domínio 4, sendo este o domínio de cálculo da viga, que é uma condição não desejável, em função do modo de ruptura que ocorre nesse domínio, dado pela ruptura por esmagamento do concreto comprimido, chamado de ruptura frágil. O cálculo de vigas com armadura dupla também pode ser realizado por meio dos coeficientes tipo k e o cálculo do coeficiente Kc é dado pela própria Eq. 26 anteriomente apresentada. Quando se verifica que a viga não atende ao limite de βx ≤ 0,45, deve-se utilizar a armadura dupla. Para isso, é necessário verificar qual parcela de momento fletor é responsável pela armadura que estará comprimida e auxiliará o concreto na resistência das tensões de compressão. A Eq. 29 apresenta a parcela do momento M1d. Eq. 29 Onde M1d é a primeira parcela do momento total Md, bw é a largura da viga, d é a altura útil da viga e Kclim é o valor do coeficiente kc no limite permitido pela norma,ou seja, βx = 0,45. 127127 127 A outra parcela do momento é dada na Eq. 30. Eq. 30 O momento M2d é a parcela do momento que irá gerar a armadura comprimida. Essa armadura comprimida A’s é calculada pela Eq. 31. Eq. 31 Onde A’s é a armadura comprimida, M2d é a parcela do momento que gera a armadura comprimida, d é a altura útil da viga, d’ é a distância da borda tracionada até o eixo da armadura tracionada e é a tensão na armadura comprimida. A área de aço tracionada “As” da viga é dada pela Eq. 32. Eq. 32 Onde o valor do coeficiente kslim é o valor no limite permitido pela norma, ou seja, em βx = 0,45, fyd é a tensão na armadura tracionada e M1d e M2d são as parcelas dos momentos que, somadas, geram o momento total Md. 2.1.3 Dimensionamento de vigas ao cisalhamento Conforme desmonstrado na Figura 21, as armaduras que resistem aos esforços de flexão são as armaduras longitudinais, entretanto, para os esforços cortantes (cisalhamento), quem realiza essa tarefa são as armaduras transversais (estribos). Dentro da viga de concreto armado, podemos explicar o que ocorre por meio da analogia de treliça, isso é, os esforços caminham no elemento estrutural de forma que se assemelham às treliças. Na Figura 22, são observadas as componentes que ocorrem internamente em uma viga de concreto armado e quem é responsável por suportar cada componente existente. 128128 Figura 22 – Analogia de treliça interna em uma viga de concreto armado Fonte: adaptado de Porto e Fernandes (2015). Na Figura 22, observa-se o banzo tracionado que é resistido pelas armaduras longitudinais, banzo comprimido, que é resistido pelo concreto comprimido (nas vigas com armadura simples) ou pelo concreto e armaduras comprimidas (nas vigas com armadura dupla), a biela comprimida, resistida pelo concreto comprimido da viga, e a diagonal tracionada, que é resistida pelos estribos (armaduras transversais). A diagonal que está tracionada nas vigas de concreto necessita de armadura resistente nessa região, por esse motivo, são adicionados os estribos. Experimentos apontam que se a armadura transversal fosse posicionada de modo inclinado, seu funcionamento seria mais efetivo do que quando estão posicionados na vertical, entretanto, a dificuldade de execução e a maior chance de erros na obra por ess condição fazem com que as armaduras de estribos sejam posicionadas na vertical. O dimensionamento das vigas ao cisalhamento depende da resistência do concreto comprimido. Essa resistência é verificada pelo não esmagamento do concreto na região das bielas. A Eq. 33 indica a verificação da compressão na biela definida pela NBR 6.118 (ABNT, 2014) em seu item 17.4.2.2. Eq. 33 129129 129 Onde Vrd2 é a resistência de cálculo do concreto comprimido, fck é resistência característica do concreto à compressão (expresso em kN/ cm²), fcd é a resistência de cálculo do concreto à compressão (expresso em kN/cm²), bw é a largura da viga e d é a altura útil da viga. A verificação da compressão na biela é atendida quando a Eq. 34 é satisfeita. Eq. 34 Onde Vsd é o esforço cortante de cálculo (já majorado). Após a verificação da compressão na biela, é realizado o cálculo da armadura transversal por meio da verificação da condição da NBR 6.118 (ABNT, 2014) em seu item 17.4.2.1 e exposta na Eq. 35. Eq. 35 No cálculo da armadura transversal, considerando VRd3 = VSd, resulta na Eq. 36, que apresenta Vsw como a parcela da força cortante absorvida pela armadura transversal do estribo. Eq. 36 A parcela da força cortante absorvida pelo concreto é calculada pela Eq. 37. Eq. 37 Onde é o coeficiente de minoração do concreto igual a 1,4. Conhecidas as parcelas Vsd, Vc e Vsw, é possível calcular a armadura necessária para resistir aos esforços de cisalhamento na viga. A Eq. 38 apresenta a equação definida pela NBR 6.118 (ABNT, 2014) em seu item 17.4.2.2. Eq. 38 130130 Onde Asw é a área de todos os ramos da armadura transversal, S é o espaçamento da armadura transversal, sempre adotado como 100 cm, uma vez que o cálculo da armadura transversal é feito por metro linear, e é a tensão na armadura transversal. O detalhamento da armadura transversal pode ser auxiliado por meio de tabelas que apresentam a quantidade de armadura a cada espaçamento possível. O “Anexo C” ao final deste material dispõe de uma tabela com essas características. 2.1.4 Armaduras mínimas e armadura de pele Tanto a armadura longitudinal como a armadura transversal devem obedecer às armaduras mínimas expostas pela NBR 6.118 (ABNT, 2014). Para o caso da armadura longitudinal, a Eq. 39 apresenta a formulação definida no item 17.3.5.2.1 da NBR 6.118 (ABNT, 2014) para armadura mínima de vigas. Eq. 39 Onde bw é a largura da viga, h é a altura total da viga e é a taxa de armadura mínima em função do concreto adotado na viga, sendo definida na NBR 6.118 (ABNT, 2014), e está adaptada na Tabela 7 a seguir para concretos de resistência a até 50 MPa: Tabela 7 – Taxas mínimas de armadura de flexão fck (MPa) 20 25 30 35 40 45 50 (%) 0,150 0,150 0,150 0,164 0,179 0,194 0,208 Fonte: adaptado da Tabela 17.3 da NBR 6.118 (ABNT, 2014). Para armadura transversal mínima, a NBR 6.118 (ABNT, 2014) define em seu item 17.4.1.1.1 a quantidade necessária para atendimento do chamado Asw,mín e que está apresentado na Eq. 40. Eq. 40 131131 131 Onde a largura bw deve ser adotada em cm. Na Tabela 8, estão apresentados os valores de em função do fck adotado, do aço CA- 50 e ângulo dos estribos igual a 90º. Tabela 8 – Taxas mínimas de armadura transversal fck (MPa) 20 25 30 35 40 45 50 0,0884 0,1026 0,1159 0,1284 0,1404 0,1518 0,1629 Fonte: adaptado da NBR 6.118 (ABNT, 2014). A armadura de pele deve ser adicionada em vigas com altura superior a 60 cm, para minimizar os efeitos da retração na superfície do concreto e combater as fissuras superficiais geradas por esse motivo. Essa armadura deve obedecer ao item 18.3.5 da NBR 6.118 (ABNT, 2014), que diz que a armadura de pele deve ser disposta de modo que o afastamento entre as barras não ultrapasse d/3 e 20 cm, onde d é a altura útil da viga. Na Eq. 41 está apresentada a formulação para o cálculo da armadura de pele conforme item 17.3.5.2.3 da NBR 6.118 (ABNT, 2014), que define essa quantidade como 0,10 % da seção bw.h da viga. Eq. 41 A quantidade de armadura de pele exposta na Eq. 41 se refere à quantidade em cada face (cada lado) da viga de concreto armado. Essa armadura de pele também é popularmente conhecida como “costela” ou também como armadura lateral, e é disposta conforme apresentada na Figura 21. 2.2 Vigas metálicas As vigas metálicas são utilizadas tanto em estruturas compostas apenas por elementos desse material como em estruturas de outros materiais, como madeira e concreto, por exemplo. Uma vantagem desse tipo de material é a sua alta resistência com uma estrutura menos pesada que o concreto armado. Pinheiro (2005) corrobora essa afirmação quando 132132 diz que o uso do aço estrutural traz como uma das vantagens a alta resistência estrutural, possibilitando a execução de estruturas leves para vencer grandes vãos. Os esforços que atuam nas vigas metálicas são os mesmos que atuam nas vigas de outros materiais, sendo os mais usuais a flexão (momento fletor) e o cisalhamento (força cortante). No geral, as vigas metálicas possuem menores seções que as vigas de concreto armado e tendem a vencer maiores vãos, por conta do material aço ser de maior resistência que o concreto armado. 2.2.1 Dimensionamento de vigas metálicas Tendo conhecido o material que compõe a viga metálica (tipo de aço), o tipo do perfil que será adotado para o elemento e os esforços atuantes, é possível dimensionar esse elemento por meio de algumas formulações oriundas da resistência dos materiais e estática das estruturas. Em vigas contidas lateralmente, isso é, travadas transversalmente ao sentido de disposição dessas vigas, deve-se inicialmenteencontrar qual o momento de inércia mínimo (Imín) que a viga deve ter para as cargas variáveis por meio da Eq. 42. Eq. 42 Onde Eaço é o módulo de elasticidade do material, qk é o valor dos carregamentos variáveis e é o vão da viga. Na sequência, o cálculo que deve ser realizado é o do módulo de resistência elástico mínimo (Wmín) que a viga deve ter em relação ao eixo de flexão. Esse módulo de resistência é apresentado por Santos (2007) e dado pela Eq. 43. Eq. 43 133133 133 Onde Msd é o momento fletor solicitante de cálculo atuante na viga e fyd é a tensão de escoamento de cálculo do aço adotado. Tanto Imín como Wmín são grandezas que cada perfil metálico possui catalogado1, em função da sua resistência e geometria. Ao se calcular o valor mínimo de cada uma delas, é necessário realizar a escolha do perfil que será adotado para a ocasião. Nesse caso, é usual adotar o perfil que possua menor peso por metro linear por questões econômicas, como, por exemplo, havendo dois perfis parecidos que atendam Imín e Wmín, observa-se o de menor peso e este é escolhido. É importante observar que outras condições podem influenciar nessa escolha e, por vezes, um perfil mais pesado é adotado, como no caso de limitação de altura do perfil, onde é necessário adotar um perfil de altura menor, porém mais pesado em função da espessura desse perfil ser maior. Após a escolha do perfil, é possível realizar a verificação das flechas (deslocamentos verticais) que ocorrem na viga, a fim de observar se o perfil adotado atende aos limites normativos. O deslocamento vertical máximo (δ ) é calculado a partir das equações elásticas, que dependem dos tipos de apoio, do carregamento, da seção e do material da viga. Para o caso de vigas biapoiadas e carga distribuída, a Eq. 44 apresenta o deslocamento elástico vertical máximo (δ ). Eq. 44 Onde q é a carga distribuída sobre a viga, E é o módulo de elasticidade do aço, I é o momento de inércia do perfil adotado e é o vão da viga. Para outros tipos de vigas, outras formulações são necessárias, entretanto, todas elas são originárias na estática das estruturas e resistência dos materiais. 1 Os Anexos D, E, F e G, dispostos ao final deste material, apresentam as tabelas de Pinheiro (2005), que infor- mam essas grandezas e demais dados geométricos importantes ao cálculo de vigas metálicas. 134134 Verificada a flecha que o perfil possui, compara-se com os limites impostos pela NBR 8.800 (ABNT, 2008). A Tabela 9 apresenta alguns dos deslocamentos máximos permitidos pela referida norma para os casos mais usuais de vigas. Tabela 9 – Deslocamentos máximos Descrição δ lim Vigas de cobertura L/250 * Vigas de piso L/350 * Vigas que suportam pilares L/500 * * Caso haja vigas com parede de alvenaria solidarizadas, o deslocamento máximo deve ser de 15 mm Fonte: adaptado da NBR 8.800 (ABNT, 2008). Caso não sejam atendidos os limites impostos pela NBR 8.800 (ABNT, 2008), recomenda-se aumentar a inércia do perfil metálico inicialmente adotado e refazer os cálculos para as devidas verificações. Essa medida é adotada por meio da escolha de um perfil com espessura maior ou, mais efetivamente, um perfil com altura maior. Após essa etapa, devem ser verificadas as condições diante dos esforços de cisalhamento para a viga. Essa verificação deve obedecer à relação Vsd / Vrd, onde a Vsd é a força cortante de cálculo atuante na viga e Vrd é a força cortante resistente de cálculo do perfil adotado. Essa força cortante resistente de cálculo deve ser calculada conforme exposto na Eq. 45. Eq. 45 Onde fyd é a tensão de escoamento de cálculo do aço adotado e Aw é a área da alma do perfil adotado. ASSIMILE O aço e o concreto armado são dois dos materiais estruturais mais utilizados no mundo inteiro. Uma das vantages do aço é a condição de que ele possui maior 135135 135 resistência por peso. Apesar de possuir peso específico de 7.850 kg/m³, sendo muito maior que o do concreto armado (2500 kg/m³), a estrutura metálica precisa de muito menos material que as estruturas de concreto, tornando-a muito mais leve por área de construção. 3. Considerações finais • As vigas podem ser construídas de qualquer material, entretanto, a escolha de cada um deles depende diretamente de como esse elemento vai trabalhar na estrutura como um todo, não bastando verificar apenas o elemento viga, mas também todo o seu entorno. • O profissional que milita atuar com cálculo estrutural deve estar sempre ciente de que cada material estrutural possui suas normas específicas para cálculo e verificação, desse modo, o conhecimen- to de cada código normativo é de extrema importância para que esse profissional possua sucesso nos seus projetos. Estude sem- pre as normas de cada material para poder executar os projetos estruturais sempre amparado por formulações e verificações des- tacadamente efetivas. • No caso dos cálculos das vigas em concreto armado ou metálicas, também são necessários o uso e conhecimento de diversas tabe- las ou catálogos de fabricantes. Essa situação também requer es- tudo e prática, então não deixe de verificar cada material durante os cálculos e projetos estruturais. TEORIA EM PRÁTICA Ao atuar em um escritório de cálculo estrutural, o seu superior solicitou que a viga de uma determinada estrutura de piso deve ser executada em estrutura metálica. 136136 Sabendo que essa viga está lateralmente travada e que os carregamentos permanentes que atuam nessa viga são na ordem de 1,7 tf/m e os carregamentos variáves na ordem de 2,2 tf/m, dimensione o perfil metálico em aço MR 250. O vão de apoio dessa viga é de 8,70 m e a mesma está biapoiada. Não deixe de efetuar a verificação quanto ao deslocamento vertical desse elemento e realizar as devidas alterações caso necessário. Obs.: não há alvenaria sobre a viga. VERIFICAÇÃO DE LEITURA 1. Diversas armaduras são dispostas nas vigas de concreto armado. Dentre uma das mais utilizadas nas obras, as armaduras que são popularmente conhecidas como “costelas”, são as: a. Armaduras longitudinais de flexão. b. Armaduras transversais de flexão. c. Armaduras laterais. d. Armaduras longitudinais de cisalhamento. e. Armaduras transversais de cisalhamento. 2. Com relação às vigas de concreto armado e vigas metálicas, considere as afirmações a seguir e assinale com V para verdadeiro e com F para falso. ( ) As vigas de concreto armado são aquelas que vencem maiores vãos que as vigas metálicas. 137137 137 ( ) As vigas de concreto armado precisam atender a uma quantidade mínima de armaduras de flexão apenas. ( ) As vigas metálicas tendem a ter menor peso por metro linear que as vigas de concreto armado. ( ) As vigas de concreto armado são aquelas que possuem concreto e aço e ambos resistem aos esforços atuantes conjuntamente. Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta. a. V – V – V – F. b. V – F – F – V. c. V – V – F – F. d. F – F – V – V. e. F – V – V – F. 3. As armaduras de estribos dispostas nas vigas são as responsáveis por absorver quais esforços atuantes nas vigas de concreto armado? a. Esforços de flexão e cisalhamento. b. Esforços de torção apenas. c. Esforços de cisalhamento apenas. d. Esforços de flexão apenas. e. Esforços de cisalhamento e torção. 138138 Referências bibliográficas ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6.118: projeto de estruturas de concreto – procedimento. Rio de Janeiro, 2014. 238 p. . NBR 8.800: projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios. Rio de Janeiro, 2008. 237 p. BASTOS, P. S. S. Flexão normal simples – Vigas. Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia, Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho. Bauru: UNESP, 2015. CUSTODIO, K. R. Estruturas de concreto armado I. 1. ed. Londrina: Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2018. FUSCO, P. B.; ONISHI, M. Introdução à engenharia de estruturas de concreto. São Paulo:Cengage, 2017. PILOTTO NETO, E. Caderno de receitas de concreto armado: volume 1: vigas. Rio de Janeiro: LTC Editora, 2018. PINHEIRO, A. C. F. B. Estruturas metálicas: cálculos, detalhes, exercícios e projetos. 2. ed. São Paulo: Blucher, 2005. PORTO, T. B.; FERNANDES, D. S. G. Curso básico de concreto armado: conforme NBR 6.118:2014. São Paulo: Oficina de Textos, 2015. SANTOS, R. S. dos. Comparativo entre estruturas de aço e concreto armado. 2007. 73 f. TCC (Graduação em Engenharia Civil) – Universidade São Francisco, Itatiba, 2007. Disponível em: http://lyceumonline.usf.edu.br/salavirtual/ documentos/1050.pdf. Acesso em: 30 jun. 2019. Gabarito Questão 1 – Resposta C As armaduras de vigas, conhecidas como “costelas”, são as armaduras laterais ou armaduras de pele e devem ser dispostas obrigatoriamente nas laterais das vigas quando estas possuem alturas superiores a 60 cm. Questão 2 – Resposta D A primeira afirmação é falsa, pois, para as mesmas cargas, as vigas metálicas possuem condições de vencerem maiores vãos e não as de concreto armado. http://lyceumonline.usf.edu.br/salavirtual/documentos/1050.pdf http://lyceumonline.usf.edu.br/salavirtual/documentos/1050.pdf 139139 139 A segunda afirmação é falsa, pois, além das armaduras mínimas de flexão, as vigas de concreto armado devem atender às armaduras de cisalhamento, e para as vigas com altura maior que 60 cm, devem atender às armaduras mínimas laterais (armadura de pele). A terceira afirmação é verdadeira, pois, em função da maior resistência do aço, para uma viga que atende ao mesmo vão e as mesmas cargas, as vigas metálicas serão mais esbeltas que as vigas de concreto armado. A quarta afirmação é verdadeira, pois, nas vigas de concreto armado, aço e concreto atuam em conjunto, resistindo aos esforços atuantes onde, simplificadamente, o aço absorve para si os esforços de tração e o concreto os esforços de compressão. Questão 3 – Resposta E As armaduras transversais (estribos) são responsáveis por absorver os esforços atuantes de cisalhamento e os esforços de torção (quando ocorrem), dessa forma, pode-se dizer que absorvem os esforços de cisalhamento e torção. 140140 ANEXOS Anexo A – Tabela de Kc e Ks para vigas Fonte: adaptado de Bastos (2015). 141141 141 Anexo B – Tabela de bitolas longitudinais para vigas Fonte: adaptado de Bastos (2015). 142142 Anexo C – Tabela de área de aço para estribos de dois ramos para vigas Esapaçamento entre estribos (cm) Área em cm² por metro (2 ramos) 5,0 mm 6,3 mm 8,0 mm 10,0 mm 10 4,00 6,20 10,00 14,26 11 3,64 5,75 9,10 12,96 12 3,33 5,28 8,30 11,88 12,5 3,20 5,08 8,00 11,40 13 3,08 4,88 7,70 10,96 14 2,86 4,54 7,10 10,18 15 2,67 4,24 6,66 9,50 16 2,50 3,96 6,12 8,90 17 2,35 3,72 5,90 8,38 17,5 2,29 3,62 5,70 8,14 18 2,22 3,52 5,54 7,92 19 2,11 3,34 5,24 7,50 20 2,00 3,10 4,96 7,12 Fonte: elaborado pelo autor. 143143 143 Anexo D – Tabela 1 de vigas soldadas (Série VS) Fonte: adaptado de Pinheiro (2005). 144144 Anexo E – Tabela 2 de vigas soldadas (Série VS) Fonte: adaptado de Pinheiro (2005). 145145 145 Anexo F – Tabela 3 de vigas soldadas (Série VS) Fonte: adaptado de Pinheiro (2005). 146146 Anexo G – Tabela 4 de vigas soldadas (Série VS) Fonte: adaptado de Pinheiro (2005). 147147 147 Dimensionamento de pilares Autor: Thiago Drozdowski Priosta Objetivos • Interpretar corretamente o funcionamento dos pilares. • Dimensionar os pilares de concreto das edificações. • Dimensionar os pilares metálicos das edificações. • Realizar as devidas verificações nos pilares. 148148 1. Introdução Pilares são os elementos que fazem a ligação entre a superestrutura e a infraestrutura, isso é, realizam a transferência dos esforços que atuam na estrutura acima do solo para os elementos que funcionam como fundação e que transferem as cargas para o subsolo. Os pilares recebem a definição de elementos lineares, de eixo reto, usualmente dispostos na vertical, onde a carga de compressão é preponderante. Elementos lineares, pois, uma das dimensões (seu comprimento) é muito maior que as outras duas (largura e altura da seção). Possuem eixo reto, ou seja, não é comum a utilização de pilares com eixos curvos, pelo motivo de estarem majoritariamente comprimidos, o que torna a tendência de flambagem muito maior. São elementos usualmente dispostos na vertical, pois, se em caso diferente, as cargas podem deixar de serem transmitidas por compressão do pilar e podem passar a serem transmitidas por flexão, característica usual das vigas e não dos pilares. Quando dispostos de modo inclinado, outros elementos devem ser utilizados para que a estabilidade do conjunto seja mantida. Nas estruturas usuais, os pilares recebem as cargas que chegam pelas vigas e lajes dos pavimentos. O conjunto de pilares e vigas são os responsáveis por formar os pórticos nas estruturas. Esses pórticos resistem às ações verticais e horizontais que atuam combinadas nas estruturas. Os pórticos formados pelos pilares e vigas garantem a estabilidade global da estrutura. Na Figura 23, podem ser visualizados alguns pilares recebendo o carregamento diretamente de vigas. Você pode perceber que os pilares estão posicionados no cruzamento de algumas vigas, alinhados e equidistantes, proporcionando, assim, uma distribuição mais uniforme das cargas sobre eles. 149149 149 Figura 23 – Disposição de pilares nas estruturas Fonte: eugenesergeev/iStock.com. ID: 507218414. Os pilares recebem as cargas em cada pavimento e vão acumulando essas cargas andar a andar até chegarem às fundações. PARA SABER MAIS O fenômeno de flambagem que acomete os pilares ocorre em função da compressão axial comum a esses elementos. Nesse fenômeno, o pilar comprimido perde estabilidade mesmo com uma carga menor do que a necessária para a ruptura do material. Para Bastos (2017, p. 4), a flambagem é o “deslocamento lateral na direção de maior esbeltez, com força menor do que a de ruptura do material” ou a “instabilidade de peças esbeltas comprimidas”. 150150 2. Cálculo de pilares Os pilares podem ser construídos de diversos materiais, entre eles, os mais usuais são os pilares de concreto armado ou os pilares metálicos. Os pilares metálicos, em função da natureza do material, são mais esbeltos que os pilares de concreto armado, mesmo o concreto sendo um material com boa resposta aos esforços de compressão, característica principal desses elementos. 2.1 Pilares em concreto armado Os pilares em concreto armado são calculados a partir das disposições normativas da NBR 6.118 (ABNT, 2014). Um dos itens principais está relacionado ao tamanho que os pilares em concreto armado devem ter, devendo ser verificadas as dimensões mínimas desses elementos. No item 13.2.3 da NBR 6.118 (ABNT, 2014), a área mínima absoluta definida para a seção transversal dos pilares é de 360 cm². Nesse mesmo item é indicado que a largura mínima para os pilares deve ser de 19 cm, sendo admitido, em casos especiais, o uso de seções com largura entre 19 e 14 cm, (sendo 14 cm o mínimo absoluto), porém, para esta situação, os esforços solicitantes de cálculo devem ser majorados por um coeficiente adicional, sendo definido conforme a Tabela 10: Tabela 10 – Valores do coeficiente adicional para pilares B (cm) / 19 18 17 16 15 14 γn 1,00 1,05 1,10 1,15 1,20 1,25 Fonte: adaptado da NBR 6.118 (ABNT, 2014). Conhecida a seção transversal do pilar, é possível realizar seu dimensionamento. Deve-se verificar a esbeltez do elemento estrutural para seu dimensionamento, pois, em função dessa esbeltez, o pilar pode ser calculado por métodos diferentes. 151151 151 Para conhecimento do índice de esbeltez (λ), aplica-se a Eq. 46, definida no item 15.8.2 da NBR 6.118 (ABNT, 2014). Eq. 46 Onde λ é o índice de esbeltez, é o comprimento de flambagem e i é o raio de giração da seção geométrica do pilar. Para o caso de a seção do pilar ser retangular ou quadrada, o que ocorre na maiorparte dos casos, o índice de esbeltez pode ser tomado simplificadamente conforme apresentado na Eq. 47. Eq. 47 Onde h é a dimensão do pilar retangular na direção considerada. Porto e Fernandes (2015) definem que a classificação dos pilares em função do índice de esbeltez é a seguinte: • pilares curtos: λ ≤ 35; • pilares medianamento esbeltos: 35<λ ≤ 90; • pilares esbeltos: 90<λ ≤ 140; • pilares muito esbeltos: 140<λ ≤ 200. Pilares com esbeltez maior que 200 não são admitidos. Para o cálculo de pilares em concreto armado, devem ser conhecidos os efeitos que ocorrem nesses elementos, pois desse conhecimento é possível avaliar a estabilidade que o pilar vai ter. Nesse caso, observa-se a existência dos efeitos de 1ª ordem e os efeitos de 2ª ordem. Os efeitos de 1ª ordem, conforme citado por Kimura (2018), são os utilizados no cálculo da estrutura em sua confirguração geométrica inicial não deformada, sendo a análise tradicional do cálculo de uma estrutura. Já os efeitos de 2ª ordem são os efeitos considerados em uma análise em que se considera a estrutura na sua posição deformada. 152152 Para ilustrar melhor essa situação, imagine um pilar carregado por uma carga axial de compressão. Sendo um pilar muito comprido, esse pilar terá maior tendência de se deslocar para alguma outra posição diferente da posição original, ou por efeito de alguma carga horizontal, como vento, por exemplo. Ao se deslocar, o pilar ainda carregado precisa suportar o esforço adicional que surgiu em virtude de a carga de compressão agora estar deslocada, gerando um momento fletor inicialmente não existente. Observe na Figura 24 que a barra da esquerda, na posição original, recebe dois carregamentos, um horizontal e outro vertical, que são os esforços de 1ª ordem. Em função desses dois carregamentos, a barra se desloca, entretanto, precisa continuar a suportar os carregamentos iniciais. Por esse motivo, a carga vertical, antes aplicada na posição original da barra, agora está aplicada na posição deslocada. Essa nova posição é excêntrica à posição inicial, fazendo com que agora haja momento fletor (esforços de 2ª ordem) na barra. Figura 24 – Barra vertical com carregamento vertical e horizontal aplicados Fonte: elaborado pelo autor. 153153 153 Contudo, nem sempre os esforços de 2ª ordem precisam ser considerados, pois depende da esbeltez limite de cada pilar. Os valores calculados para a esbeltez dos pilares devem ser comparados com a esbeltez limite (λ 1) e, em função do resultado, os esforços de 2ª ordem devem ser considerados ou não. Segundo o item 15.8.2 da NBR 6.118 (ABNT, 2014): “Os esforços locais de 2ª ordem em elementos isolados podem ser desprezados quando o índice de esbeltez for menor que o valor limite λ 1”. O valor da esbeltez limite é indicado na Eq. 48 e depende da excentricidade relativa de 1ª ordem (e1/h), das vinculações do pilar e da forma do diagrama de momento de 1ª ordem. Eq. 48 Onde e1 é a excentricidade de 1ª ordem e é obtido conforme apresentado na Figura 25. Perceba que a excentricidade de 1ª ordem depende da existência e da forma que ocorre o momento fletor no pilar a ser calculado. Figura 25 – Formas de obtenção da excentricidade de 1ª ordem em pilares Fonte: adaptado de Bastos (2017). 154154 O valor da esbeltez limite λ 1 deve também estar compreendido dentro do seguinte intervalo: 35<λ 1 ≤ 90 e o valor de α b é obtido conforme o item 15.8.2 da NBR 6.118 (ABNT, 2014): a. Para pilares biapoiados sem cargas transversais: Eq. 49 Com 1,0 0,4 e onde MA é o maior momento absoluto ao longo do pilar biapoiado e MB é o outro momento, tomado como sinal positivo quando traciona a mesma face que MA ou com sinal negativo em caso contrário. b. Para pilares biapoiados com cargas transversais significativas ao longo da altura: Eq. 50 Também deve ser observado que, para pilares biapoiados ou em balanço com momentos menores que os momentos mínimos, o valor de α b = 1,0 . Os momentos mínimos são calculados de acordo com o item 11.3.3.4.3 da NBR 6.118 (ABNT, 2014) e são apresentados na Eq. 51. Eq. 51 Portanto, os esforços de 2ª ordem devem ser considerados quando o índice de esbeltez superar o valor da esbeltez limite. Nesse caso, alguns métodos são utilizados para a consideração desses efeitos de 2ª ordem. Segundo Porto e Fernandes (2015), Bastos (2017) e a NBR 6.118 (ABNT, 2014), o dimensionamento dos pilares com consideração dos efeitos de 2ª ordem pode ser realizado pelo método geral (apenas para esbeltez maior que 140) ou por métodos aproximados. Os métodos aproximados são: • método do pilar-padrão com curvatura aproximada; • método do pilar-padrão com rigidez k (Kapa) aproximada; 155155 155 • método do pilar-padrão acoplado a diagramas M, N, 1/r; • método do pilar-padrão para pilares de seção retangular submetidos à flexão composta oblíqua. Alguns métodos são de difícil aplicação manual e necessitam de meios computacionais para serem realizados. Aqui abordaremos o método do pilar-padrão com curvatura aproximada, sendo este um método de simples aplicação manual para o dimensionamento. Para o cálculo dos pilares por meio do método do pilar-padrão com curvatura aproximada, o item 15.8.3.3.2 da NBR 6.118 (ABNT, 2014) define seu emprego apenas para pilares com esbeltez até 90 (λ 1 ≤ 90), seção constante e armadura simétrica e constante ao longo do seu eixo. Esse método é um dos mais utilizados, conforme citado anteriormente, pelo fato de ser um método de fácil resolução manual e atender a grande parte dos casos dos pilares (pilares curtos e pilares medianamente esbeltos). Pelo método do pilar-padrão com curvatura aproximada, deve-se calcular inicialmente a curvatura na seção crítica por meio da Eq. 52, conforme exposto no item 15.8.3.3.2 da NBR 6.118 (ABNT, 2014). Eq. 52 Onde é a curvatura na seção crítica, h é a dimensão do pilar retangular na direção considerada e v é a força normal adimensional, calculado conforme apresentado na Eq. 53. Eq. 53 Onde Ac é a área de concreto da seção transversal do pilar e fcd é a resistência de cálculo do concreto à compressão. 156156 Os esforços finais para o dimensionamento de pilares de concreto armado, onde os esforços de 2ª ordem são considerados, podem ser calculados por meio da Eq. 54, que apresenta o método do pilar-padrão com curvatura aproximada de acordo com o item 15.8.3.3.2 da NBR 6.118 (ABNT, 2014): Eq. 54 Onde M1d,A é o valor de cálculo de 1ª ordem do momento MA, Nd é a força normal solicitante de cálculo, é o comprimento de flambagem. Bastos (2017) indica que tanto M1d,A como Md,tot devem ser adotados como maior ou igual a M1d,mín. O cálculo da armadura do pilar é realizado por meio de ábacos1 produzidos por diversos autores, que proporcionam um rápido e eficiente resultado na definição e escolha das armaduras. Para o uso desses ábacos, é necessário conhecer a força normal adimensional, conforme Eq. 53 anterior e também o momento fletor adimensional, que é calculado pela Eq. 55. Eq. 55 Em função desses dois valores adimensionais (v e μ), calcula-se a taxa de armadura (ρ)que é utilizada para calcular a quantidade de armadura necessária para o pilar (As). A quantidade de armadura do tipo CA-50 no pilar é calculada pela Eq. 56. Eq. 56 1 Neste material, será adotado para os exemplos os ábacos apresentados por Botelho e Marchetti (2015) no item 25.2 de seu livro e que estão dispostos como Anexos A, B, C e D ao fim desta leitura. Esta bibliografia tam- bém está disponível na Biblioteca Virtual. 157157 157 2.1.1 Detalhamento das armaduras dos pilares Após o cálculo da quantidade de armadura, é realizada a definição da quantidade e do diâmetro das barras a serem utilizadas. Essa definição é realizada por meio do Anexo E inserido ao final deste material. Conforme descrito no item 18.4.2 da NBR 6.118 (ABNT, 2014), as armaduras dos pilares devem obedecer a algumas disposições construtivas, como, porexemplo, a armadura longitudinal, que deve ser maior ou igual a 10 mm e menor ou igual que 1/8 da menor dimensão da seção transversal do pilar. A Eq. 57 apresenta essa regra. Eq. 57 Onde é o diâmetro da barra longitudinal e hmín é o menor lado da seção transversal dos pilares em concreto armado. Também devem ser respeitadas as taxas mínimas e máximas de armadura em função da área da seção de concreto do pilar, conforme explicitado no item 17.3.5.3 da NBR 6.118 (ABNT, 2014). A taxa mínima absoluta é de 0,4% da área da seção do pilar e a taxa máxima absoluta é de 8% da área da seção do pilar. Entretanto, como devemos considerar a região de traspasse das armaduras (em função do arranque das armaduras do pilar), é comum atender, portanto, à taxa no valor de 4% da área da seção do pilar, pois assim, na região de traspasse, tem-se 4% do lance inferior e mais 4% do lance superior, totalizando a taxa máxima absoluta de 8%, valor este que não deve ser ultrapassado em nenhuma hipótese. Devem ser alojadas uma barra em cada vértice de pilares com seções poligonais e pelo menos 6 barras ao longo do perímetro em pilares circulares. O espaçamento mínimo livre entre as faces das armaduras longitudinais, conforme item 18.4.2 da NBR 6.118 (ABNT, 2014), deve ser igual ao apresentado na Eq. 58. Eq. 58 158158 Onde é o espaçamento das barras longitudinais e é a dimensão máxima característica do agregado graúdo. O espaçamento máximo entre o eixo das barras também deve ser observado segundo o mesmo item anterior da NBR 6.118 (ABNT, 2014) e apresentado na Eq. 59. Eq. 59 Com relação à armadura transversal de pilares, estas não são calculadas, mas sim adotadas, não sendo permitido o uso de diâmetro para as barras transversais menores que 5 mm ou 1/4 do diâmetro da barra longitudinal. Essa regra é apresentada no item 18.4.3 da NBR 6.118 (ABNT, 2014) e na Eq. 60. Eq. 60 Onde t representa o diâmetro da barra transversal usada como estribo nos pilares em concreto armado. Ainda segundo o mesmo item 18.4.3 da NBR 6.118 (ABNT, 2014), o espaçamento das barras transversais dos estribos dos pilares deve ser definido conforme apresentado na Eq. 61. Eq. 61 Onde o St representa o espaçamento das barras transversais do estribo e hmín é o menor lado da seção transversal dos pilares em concreto armado. ASSIMILE O arranque dos pilares é a quantidade de armadura deixada para fora do concreto em um pilar para que seja possível realizar a emenda desse lance de pilar para o 159159 159 próximo lance. Essa emenda geralmente é realizada por traspasse, que é o tipo mais barato e fácil de se realizar em uma obra, pois utiliza apenas da aderência entre o concreto e as barras de aço do pilar. É feita por meio da colocação de duas barras lado a lado, por determinado comprimento, para que possam transferir os esforços de uma barra a outra. 2.2 Pilares metálicos O uso de pilares metálicos é comum quando do uso da estrutura como um todo no material aço, diferentemente das vigas metálicas, onde se é mais comum de ver sua utilização em estruturas mesmo em concreto armado. Se comparado aos pilares em concreto armado, os pilares metálicos possuem menor seção (são mais esbeltos) e, assim, ocupam menos espaço nas propostas arquitetônicas, entretanto, possuem menor resistência a choques/impactos e em situações de incêndio. Diferentemente das peças tracionadas, os pilares são elementos comprimidos e, por esse motivo, sofrem flambagem. O esforço atuante de compressão tende a acentuar o efeito de curvatura inicial, onde deslocamentos laterais surgem compondo o processo chamado de flambagem por flexão (PFEIL; PFEIL, 2014). Também é comum a ocorrência de flambagem local nas chapas que compõem um perfil comprimido. Essa flambagem local é a instabilidade causada pelo surgimento de deslocamentos em formato de ondulações, transversais à chapa do perfil. Na Figura 26, pode-se observar a seção transversal de um perfil soldado tipo I com a indicação das suas dimensões e propriedades geométricas. Esses valores são indicados nas tabelas de perfis, como, por exemplo, as apresentadas no Anexo F e G. 160160 Figura 26 – Seção transversal de um perfil metálico soldado tipo I Fonte: adaptado de Pinheiro (2005). 2.2.1 Dimensionamento de pilares metálicos Em virtude da grande importância que a flambagem impõe aos pilares metálicos, Pinheiro (2005, p. 57) afirma que “para o dimensionamento de barras à compressão deve-se levar em conta, principalmente, a flambagem das peças”. Para a verificação da estabilidade da barra, é necessário conhecer a carga crítica de flambagem (Ncr) que, segundo Pinheiro (2005), é a carga que produz o colapso da barra. Para o cálculo da carga crítica de flambagem, que também é conhecida como carga de Euler, Pinheiro (2005), Pfeil e Pfeil (2014) apresentam a Eq. 62. Eq. 62 Onde E é o módulo de elasticidade do aço, I é o menor momento de inércia da barra e L é o comprimento de flambagem da barra. 161161 161 Um item importante para o dimensionamento de pilares e que está diretamente relacionado à flambagem de barras comprimidas é o parâmetro de esbeltez ou índice de esbeltez das barras comprimidas. Conforme item 5.3.4.1 da NBR 8.800 (ABNT, 2008), esse índice não deve ser superior a 200 e é calculado como demonstrado na Eq. 63. Eq. 63 Sendo L o comprimento destravado da barra, r o menor raio de giração da barra e K o coeficiente de flambagem fornecido de acordo com o item E.2.1.1 da NBR 8,800 (ABNT, 2008) e que está exposto na Figura 27. Figura 27 – Coeficiente de flambagem por flexão de elementos isolados A linha tracejada indica a linha elástica de flambagem (a) (b) (c) (d) (e) (f) Valores teóricos de Kx ou Ky 0,5 0,7 1,0 1,0 2,0 2,0 Valores recomendados 0,65 0,80 1,2 1,0 2,1 2,0 Código para condição de apoio Rotação e translação impedidas Rotação livre, translação impedida Rotação impedida, translação livre Rotação e translação livres Fonte: adaptado da NBR 8.800 (ABNT, 2008). A força axial de compressão resistente de cálculo é dada conforme item 5.3.2 da NBR 8.800 (ABNT, 2008) e é determinada conforme Eq. 64. 162162 Eq. 64 Onde χ é o fator de redução associado à resistência à compressão, é o fator de redução total associado à flambagem local e Ag é área bruta da seção transversal da barra. O fator de redução χ é calculado conforme item 5.3.3.1 da NBR 8.800 (ABNT, 2008) e apresentado na Eq. 65. Eq. 65 Sendo λ0 o índice de esbeltez reduzido, definido no 5.3.3.2 da NBR 8.800 (ABNT, 2008) e apresentado na Eq. 66. Eq. 66 O valor de Ne, que é força axial de flambagem elástica de uma barra, é calculado de acordo com o anexo E da NBR 8.800 (ABNT, 2008). O cálculo de Ne é dado em função do eixo central de inércia da peça e do esforço verificado. Para flambagem por flexão em relação ao eixo central de inércia x da seção transversal, adota-se o exposto na Eq. 67. Eq. 67 Para flambagem por flexão em relação ao eixo central de inércia y da seção transversal, adota-se o exposto na Eq. 68. Eq. 68 163163 163 O valor do coeficiente , que é o fator de redução total associado à flambagem local, é tomado igual a 1 quando os elementos componentes da seção transversal possuem relação entre largura e espessura (b/t) que não superam os valores limites de (b/t)lim informados no item F.1.2 da NBR 8.800 (ABNT, 2008) e demonstrados na Tabela 11. A Tabela 11 apresenta a relação limite (b/t) considerando o uso do aço tipo MR250, que é um dos mais adotados para o cálculo de estruturas metálicas. Essa mesma tabela está representada como Tabela F.1 na NBR 8.800 (ABNT, 2008) e Tabela 5.1 em Pfeil e Pfeil (2014). Tabela 11 – Relação limite (b/t) Grupo Exemplo (b/t)lim (MR 250) 1 39,6 2 42,1 3 12,7 4 15,8 Fonte: adaptado de Pfeil e Pfeil (2014). 164164 3. Considerações finais • Os pilares são os elementos últimos que recebem as cargas antes de as entregarem para as fundações,por esse motivo são os elementos mais carregados da superestrutura. Em função dessa afirmativa, o cálculo dos pilares deve ser muito bem executado, pois são de gran- de importância para a manutenção da estabilidade de uma estrutura. • Esses elementos devem ser calculados e verificados globalmente na estrutura, em função de possuírem grande importância para a esta- bilidade global da edificação, onde, juntamente com as vigas, formam os pórticos que suportam todos os esforços verticais e horizontais. • Também devem ser verificados os efeitos locais que podem gerar problemas nesses elementos, como quando é considerado, por meio das formulações normativas, esses efeitos de flambagem que podem acometer os pilares. • Em função da importância e complexidade do assunto, estude bas- tante este material, assim como sugere-se a consulta abundante a todas as referências bibliográficas que o compõem, para um com- pleto aprofundamento no tema. TEORIA EM PRÁTICA Ao atuar em um escritório de cálculo estrutural especializado em estruturas metálicas, o seu superior solicitou que você realizasse a verificação do raio de giração e, consequentemente, um perfil metálico possível para uso como pilar de um outdoor que ficará a 7,50 m do chão, onde estará engastado na sua fundação. A partir do resultado, informe alguns perfis tipo coluna soldada possíveis de serem adotados para essa finalidade. Após a escolha do perfil a ser adotado, calcule a carga crítica do perfil (carga de Euler) usado como pilar. 165165 165 VERIFICAÇÃO DE LEITURA 1. Para os pilares em concreto armado, algumas condições normativas quanto à geometria devem ser observadas. Com relação à dimensão mínima absoluta de pilares em concreto armado, qual é esse valor? a. 12 cm. b. 13 cm. c. 14 cm. d. 15 cm. e. 19 cm. 2. Com relação aos pilares de concreto armado e metálicos, considere as afirmações a seguir e assinale com V para verdadeiro e com F para falso. ( ) Os pilares de concreto armado tendem a ser mais esbeltos que os pilares metálicos. ( ) Em uma situação de incêndio, os pilares metálicos são elementos com menor resistência que os pilares de concreto armado. ( ) Os pilares em concreto armado podem ter qualquer tamanho, desde que respeitada a dimensão mínima absoluta. ( ) Os pilares são elementos naturalmente suscetíveis aos efeitos de flambagem por estarem tracionados. Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta. 166166 a. V – F – V – F. b. V – F – F – F. c. F – V – F – F. d. F – V – V – V. e. F – F – V – V. 3. Os deslocamentos laterais nos pilares em função da compressão atuante são indícios de qual processo que ocorrem nesses elementos? a. Flambagem por tração. b. Flambagem por flexão. c. Cisalhamento por compressão. d. Instabilidade por tração. e. Instabilidade global. Referências bibliográficas ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6.118: projeto de estruturas de concreto – procedimento. Rio de Janeiro, 2014. 238 p. . NBR 8.800: projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios. Rio de Janeiro, 2008. 237 p. BASTOS, P. S. S. Pilares de concreto armado. Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia, Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho. Bauru: UNESP, 2017. BOTELHO, M. H. C.; MARCHETTI, O. Concreto armado eu te amo. 8. ed. São Paulo: Blucher, 2015. KIMURA, A. Informática aplicada em estruturas de concreto armado. 2. ed São Paulo: Oficina de Textos, 2018. 167167 167 PFEIL, W.; PFEIL, M. Estruturas de aço: dimensionamento prático de acordo com a NBR 8.800:2008. 8. ed. [Reimpr.]. Rio de Janeiro: LTC, 2014. PINHEIRO, A. C. F. B. Estruturas metálicas: cálculos, detalhes, exercícios e projetos. 2. ed. São Paulo: Blucher, 2005. PORTO, T. B.; FERNANDES, D. S. G. Curso básico de concreto armado: conforme NBR 6.118:2014. São Paulo: Oficina de Textos, 2015. Gabarito Questão 1 – Resposta C O item 13.2.3 da NBR 6.118 (ABNT, 2014) informa que a dimensão mínima para pilares é de 19 cm, entretanto, podem ser consideradas dimensões entre 19 e 14 cm, desde que se multipliquem os esforços por um coeficiente majorador adicional. Dessa forma, o mínimo absoluto para a dimensão de pilares em concreto armado é de 14 cm. Questão 2 – Resposta C A primeira afirmação é falsa, pois os pilares de concreto armado tendem a ser mais robustos que os pilares metálicos e não esbeltos. Isso se dá em virtude de o aço ser um material mais resistente que o concreto armado. A segunda afirmação é verdadeira, pois, apesar de o aço ser um material mais resistente que o concreto armado, em uma situação de incêndio, o aço tem sua resistência e seu módulo de elasticidade reduzidos drasticamente. Essa situação não ocorre com tanta intensidade nos elementos em concreto armado, pois estes possuem o concreto em torno da armadura, realizando a proteção da mesma. A terceira afirmação é falsa, pois não basta atender à dimensão mínima absoluta (14 cm), deve-se também atender à área mínima para a seção transversal, que é de 360 cm². A quarta afirmação é falsa, pois os pilares estão, sim, suscetíveis a efeitos de flambagem, mas não por estarem tracionados, e sim por serem elementos comprimidos. 168168 Questão 3 – Resposta B Pfeil e Pfeil (2014, p. 119) afirmam que: “Ao contrário do esforço de tração, que tende a retificar as peças reduzindo o efeito de curvaturas iniciais existentes, o esforço de compressão tende a acentuar esse efeito. Os deslocamentos laterais produzidos compõem o processo conhecido por flambagem por flexão”. Dessa forma, os esforços de compressão tendem a curvar a barra comprimida, gerando deslocamentos laterais e compondo o processo chamado de flambagem por flexão. 169169 169 ANEXOS Anexo A – Ábaco dimensionamento de pilares fck 20 MPa – Flexão Composta Normal Fonte: adaptado de Botelho e Marchetti (2015). 170170 Anexo B – Ábaco dimensionamento de pilares fck 20 MPa – Flexão Composta Oblíqua Fonte: adaptado de Botelho e Marchetti (2015). 171171 171 Anexo C – Ábaco dimensionamento de pilares fck 25 MPa – Flexão Composta Normal Fonte: adaptado de Botelho e Marchetti (2015). 172172 Anexo D – Ábaco dimensionamento de pilares fck 25 MPa – Flexão Composta Oblíqua Fonte: adaptado de Botelho e Marchetti (2015). 173173 173 Anexo E – Tabela de bitolas longitudinais para pilares Fonte: adaptado de Bastos (2017). 174174 Anexo F – Tabela 1 de perfis colunas soldadas (Série CS) Fonte: adaptado de Pinheiro (2005). 175175 175 Anexo G – Tabela 2 de perfis colunas soldadas (Série CS) Fonte: adaptado de Pinheiro (2005). Apresentação da disciplina Análise da NBR 6.120 e a determinação dos carregamentos permanentes e acidentais Objetivos 1. Introdução 2. Classificação das cargas e ações 2.1 Cargas permanentes diretas 2.2 Cargas variáveis diretas da NBR 6.120 2.3 Exemplo de aplicação 3. Considerações finais Teoria em prática Verificação de leitura Referências bibliográficas Gabarito Ações dos pilares nas fundações Objetivos 1. Introdução 2. Superestrutura x infraestrutura 3. Cargas e esforços nas estruturas 4. Ações dos pilares nas fundações 5. Planta de cargas e locação dos pilares 6. Considerações finais Teoria em prática Verificação de leitura Referências bibliográficas Gabarito Leitura do projeto arquitetônico e lançamento de estruturas Objetivos 1. Introdução 2. A arquitetura como parte da engenharia estrutural 3. Leitura do projeto arquitetônico 4. Requisitos para o lançamento da estrutura 5. Pré-dimensionamento de estruturas 6. Considerações finais Teoria em prática Verificação de leitura Referências bibliográficas Gabarito A estrutura do primeiro tipo e a organização das vagas de garagem Objetivos 1. Introdução 2. Pavimento tipo e suas interferências 3. Lançamento estrutural 4. Análise das interferências na garagem 5. Considerações finais Teoria em prática Verificaçãode leitura Referências bibliográficas Gabarito Dimensionamento de lajes Objetivos 1. Introdução 2. Lajes 3. Lajes maciças em concreto armado 4. Dimensionamento de lajes 5. Considerações finais Teoria em prática Verificação de leitura Referências bibliográficas Gabarito ANEXOS Dimensionamento de vigas Objetivos 1. Introdução 2. Cálculo de vigas 3. Considerações finais Teoria em prática Verificação de leitura Referências bibliográficas Gabarito ANEXOS Dimensionamento de pilares Objetivos 1. Introdução 2. Cálculo de pilares 3. Considerações finais Teoria em prática Verificação de leitura Referências bibliográficas Gabarito ANEXOS