Concepção estrutural ii slide

Universidade de São PauloUniversidade de São PauloEscola Politécnica Escola Politécnica -- Engenharia CivilEngenharia CivilPEF PEF -- Departamento de Engenharia de Estruturas Departamento de Engenharia de Estruturas

e Fundaçõese Fundações

PEF 2303ESTRUTURAS DE CONCRETO I

Concepção Estrutural

Aula 5

Professores: Túlio N. Bittencourt João Carlos Della Bella Januário Pellegrino NetoFrancisco Paulo Graziano

PEF 2303 PEF 2303 -- Estruturas de Concreto IEstruturas de Concreto I


Elementos Estruturais Básicos

• Lajes

• Vigas

• Pilares

Piso Elementar



Elementos Estruturais de Fundação

Fundação Direta ou Rasa

Fundação Profunda


• Estabelecimento de um arranjo adequado dos vários elementos estruturais, de modo a assegurar que o mesmo possa atender às finalidades para as quais ele foi projetado.• Estabelecer um arranjo estrutural adequado consiste em atender simultaneamente, sempre que possível, aos aspectos de segurança, economia (custo e durabilidade) e aqueles relativos ao projeto arquitetônico (estética e funcionalidade).• Na concepção estrutural é importante considerar o comportamento primário dos elementos estruturais. Eles podem ser resumidos como se indica a seguir:

- laje: elemento plano bidimensional, apoiado em seu contorno nas vigas, constituindo os pisos dos compartimentos; recebe as cargas do piso transferindo-as para as vigas de apoio;- viga: elemento de barra sujeita a flexão, apoiada nos pilares e, geralmente, embutidas nas paredes; transfere para os pilares o peso da alvenaria apoiada diretamente sobre ela e as reações das lajes;- pilares: elementos de barra sujeita a compressão, fornecendo apoio às vigas; transfere as cargas para as fundações.

Concepção Estrutural de Edifícios



Diretrizes Básicas

• atender às condições estéticas definidas no projeto arquitetônico; como, em geral, nos edifícios correntes, a estrutura é revestida, procura-se embutir as vigas e os pilares nas alvenarias;

• o posicionamento dos elementos estruturais na estrutura da construção pode ser feito com base no comportamento primário dos mesmos; assim, as lajes são posicionadas nos pisos dos compartimentos para transferir as cargas dos mesmos para as vigas de apoio; as vigassão utilizadas para transferir as reações das lajes, juntamente com o peso das alvenarias, para os pilares de apoio (ou, eventualmente, outras vigas), vencendo os vãos entre os mesmos; e os pilares são utilizados para transferir as cargas das vigas para as fundações;

• a tranferência de cargas deve ser a mais direta possível; desta forma, deve-se evitar, na medida do possível, a utilização de apoio de vigas importantes sobre outras vigas (chamadas apoios indiretos), bem como, o apoio de pilares em vigas (chamadas vigas de transição);

• os elementos estruturais devem ser os mais uniformes possíveis, quanto à geometria e quanto às solicitações; desta forma, as vigas devem, em princípio, apresentar vãos comparáveis entre si;



Diretrizes Básicas

• as dimensões contínuas da estrutura, em planta, devem ser, em princípio, limitadas a cerca de 30 m para minimizar os efeitos da variação de temperatura ambiente e da retração do concreto; assim, em construções com dimensões em planta acima de 30 m, é desejável a utilização de juntas estruturais ou juntas de separação que decompõem a estrutura original, em um conjunto de estruturas independentes entre si, para minimizar estes efeitos;

• a construção está sujeita a ações (por exemplo o efeito do vento) que acarretam solicitações nos planos verticais da estrutura; estas solicitações são, normalmente, resistidas por “pórticos planos”, ortogonais entre si, os quais devem apresentar resistência e rigidez adequadas; para isso, é importante a orientação criteriosa das seções transversais dos pilares; também, é importante lembrar, a necessidade da estrutura apresentar segurança adequada contra a estabilidade global da construção, em geral, conseguida através da imposição de rigidez mínima às seções transversais dos pilares.


Concepção Estrutural de EdifíciosPré-dimensionamento dos elementos estrtuturais

Lajes• espessura da laje (h) pode ser estimada em h ≅ 2,5% lx• espessuras mínimas em função do uso da laje:

- 5 cm para lajes de forro;- 7 cm para lajes de piso;- 12 cm para lajes sujeitas a passagem de veículos.


ealv

h

PDparede emalvenaria:pode conter:janelas eportas

vigabw

Viga

Seção transversal de Viga

Vigas• seção transversal retangular (bw por h) e posicionadas nas paredes, as quais suportam. • espessura da viga (bw ) é definida de modo que ela fique embutida na parede.

bw = ealv - 2 crev.• Normalmente, os tijolos cerâmicos e os blocos de concreto tem espessuras (etij) de 9 cm, 14 cm e 19 cm (ealv = etij + 2 crev).



Vigas• altura (h) da seção transversal da viga pode ser estimada em (l / 10) a (l / 12,5), onde l é o vão da viga (normalmente, igual a distância entre os eixos dos pilares de apoio).• nas vigas contínuas de vãos comparáveis (relação entre vãos adjacentes entre 2/3 e 3/2), costuma-se adotar altura única estimada através do vão médio lmédio. No caso de vãos muito diferentes entre si, deve-se adotar altura própria para cada vão como se fossem independentes.• no caso de apoios indiretos (viga apoiada em outra viga), recomenda-se que a viga apoiada tenha altura menor ou igual ao da viga de apoio.• adota-se alturas múltiplas de 5 cm, com um mínimo de 25 cm. A altura mínima induz a utilização de vãos l ≥ 2,5 m. Em geral, não devem ser utilizados vãos superiores a 6 m, face aos valores usuais de pé direito (em torno de 2,8 m) que permitem espaço disponível, para a altura da viga, em torno de 60 cm.• as vigas podem ser normais ou invertidas, conforme a posição da sua alma em relação à laje.


Pré-dimensionamento dos elementos estrtuturais

Viga normal e invertida



Pilares

São, normalmente, de seção retangular posicionados nos cruzamentos das vigas, permitindo apoio direto das mesmas, e nos cantos da estrutura da edificação.

• espaçamentos dos pilares constituem os vãos das vigas, resultando, em geral, valores entre 2,5 m a 6 m.

•nos pilares de seção retangular de dimensões (b x h), recomenda-se b ≥ 20 cm com b ≤ h. Pode-se adotar, também, seção retangular com b ≥ 12 cm (em geral nos pilares internos) ou seções compostas de retângulos, cada um com b ≥ 12 cm, em forma de “L”, “T”, etc



Pilares

• posicionamento dos pilares, devem ser compatibilizados os diversos pisos, procurando manter a continuidade vertical dos mesmos até a fundação de modo a se evitar, o quanto possível, a utilização de vigas de transição (pilar apoiado em viga).

Vigas de Transição


PilaresPara efeito de predimensionamento, a área da seção transversal Ac pode ser predimensionada através da carga total (Ptot) prevista para o pilar. Esta carga pode ser estimada através da área de influência total do pilar em questão, Atot . No caso de andares-tipo, ela equivale à área de influência em um andar multiplicada pelo número de andares existentes acima do lance considerado. A carga total média em edifícios (pméd) varia de 10 kN/m2 a 12 kN/m2. Portanto, tem-se:

Ptot = Atot pmed .

Usualmente, a resistência admissível do concreto (σadm) pode variar entre 1 kN/cm2

a 1,5 kN/cm2. Assim,

Ac = Ptot / σadm .

A partir de Ac tem-se as dimensões da seção transversal do pilar.

Pilar interno P5



• A seção do pilar deve ser mantida constante ao longo de um lance (entre pisos consecutivos) e pode variar ao longo de sua altura total. Esta variação pode ser feita a cada grupo de 2 ou 3 andares. Quando, por qualquer motivo, a seção for mantida constante ao longo da altura total, ela pode ser predimensionada no ponto mais carregado, adotando-se σadm em torno de 1,3 kN/cm2. Pilar interno P5 - Pré-dimensionamento


Como exemplo, considere-se o pilar P5: área de influência no andar tipo = 3 m por 3 m; número de andares = 10;carga média de piso: pmed = 10 kN/m2 ; σadm= 1 kN/cm2 ; seção retangular com b = 20 cm.

Atot = 10 x (3 x 3) = 90 m2;Ptot = Atot pmed = 90 x 10 = 900 kN

Ac = Ptot / σadm = 900 / 1,0 = 900 cm2 ;h = Ac / b = 900 / 20 = 45 cm.


As seções dos pilares devem ser posicionadas de modo a resistir aos esforços horizontais (provocados, por exemplo, pelo vento, temperatura, etc) e a garantir uma rigidez horizontal adequada, principalmente, contra a instabilidade global da construção. Particularmente, em edifícios altos, recomenda-se a utilização de alguns pilares com a função de garantir a estabilidade da estrutura. Estes, constituem os pilares de contraventamento.

Esquema Estrutural

É o resultado gráfico da concepção estrutural imaginada. Convem identificar todos os elementos estruturais envolvidos. Nessas condições:• as lajes são representadas pela letra L com índice numérico sequencial e ordenado de modo a facilitar a sua localização;• as vigas, de modo análogo, são representadas pela letra V;• os pilares, de modo análogo, são representados pela letra P.

Esquema Estrutural


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