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CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS ESTRUTURAIS

Prof. Dr. Joaquim Marins Neto

Fonte principal: NOVAES (1997) - UFSCar

1.1 GENERALIDADES

• Sistema: combinação de partes, reunidas para obter um resultado ou formar um

conjunto organizado (Sistema Estrutural).

• Componentes e Elementos: o componente é a menor fração utilizada na produção do

elemento, o qual é identificado como a parte do sistema que por si só já configura uma

determinada fração. (Componente: armadura, concreto – Elemento: viga, pilar, etc).

• Sistema Construtivo: conjunto de elementos da construção (subsistemas) que

associados e coordenados formam um todo (edificação). Entre esses subsistemas

temos:

- Fundações;

- Estruturas;

- Vedações;

- Cobertura;

- Instalações;

- Esquadrias;

- Revestimentos;

- Pisos e pavimentações.

Desenho de Estruturas Introdução aos sistemas estruturais

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Estes vários subsistemas são interdependentes, formados por componentes materiais da

construção do edifício, organizados e compatibilizados no projeto de modo a cumprir os requisitos

e critérios funcionais e construtivos da edificação.

Entre as principais tipologias de sistemas construtivos empregados atualmente no setor,

temos:

- Sistema tradicional racionalizado;

- Pré-fabricado de concreto;

- Pré-fabricado metálico;

- Alvenaria estrutural.

Entre os materiais usualmente empregados na produção de componentes e elementos de

sistemas estruturais de edificações, temos:

Concreto

armado

protendido

Aço (Estruturas Metálicas)

Tijolos e Blocos (Alvenaria Estrutural)

cerâmicos

concreto

Madeira

Argamassa Armada

Alumínio

Plástico


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1.2 FASES DO PROJETO DE UM SISTEMA ESTRUTURAL

Definição da tecnologia construtiva: materiais e tecnologia a serem empregados na

execução da estrutura. Participação do profissional de estrutura nas definições iniciais,

juntamente com arquiteto e construtor;

Composição do sistema estrutural: propostas de arranjo para os elementos estruturais,

que sejam compatíveis com a funcionalidade exigida pelo partido arquitetônico e com a

economia da construção e do empreendimento;

Definição do esquema estático: redução da complexidade tridimensional do objeto,

através de simplificações para efeito de cálculos. Idealização das condições de apoios, etc;

Definição das cargas: em função do uso a que se destina o objeto e seus ambientes;

Cálculo dos esforços internos solicitantes: forças normais e cortantes, momentos

fletores e torção. Identificação das seções mais solicitadas nos elementos que compõem o

sistema estrutural;

Cálculo de tensões normais: devido a forças normais e momentos fletores nas

seções mais solicitadas;

Cálculo de tensões tangenciais: devido a forças cortantes e momento de torção nas

seções mais solicitadas.

Dimensionamento dos elementos estruturais: compatível com a composição

arquitetônica e com as dimensões dos demais elementos da construção (paredes,

tubulações, etc);

Elaboração de desenhos e especificações;

Acompanhamento da execução;

Avaliação do desempenho durante o uso.


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1.3 AÇÕES EM ESTRUTURAS

Ação é qualquer influência ou conjunto de influências que, atuando em uma estrutura,

produz estado de tensão.

1.3.1 TIPOS DE AÇÕES

Ação gravitacional: pesos próprios de elementos de construção, de objetos no interior dos

ambientes construídos, de água, de neve, etc;

Ação do vento: pressões e sucções que agem externa e internamente aos ambientes

construídos. Depende da geometria do objeto construído, das condições climatológicas da

região do país, da topografia e da rugosidade do terreno;

Ação térmica: provocada por deformações dos elementos estruturais, devido a variações

na temperatura dos ambientes;

Ação reológica: provocada por deformações nos materiais, com o passar do tempo

(fluência sob cargas, retração, deformação lenta, etc.);

Ação devido a recalque de apoio: provocada por deformações em razão de afundamento

das fundações;

Ação sísmica: ação dinâmica provocada por terremotos;

Empuxo de água e solo (horizontal);

Ação dinâmica e de impacto: provocada por vibrações de equipamentos.


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1.3.2 CLASSIFICAÇÃO DAS AÇÕES

a) Segundo o Modo de Atuação

Ações Diretas: pesos próprios, pesos de equipamentos fixos, vento, neve, etc, podem ser

subdivididas em:

Cargas Concentradas:

Cargas Distribuídas em Linha:

Cargas Distribuídas em Superfície:

Ações Indiretas: deformações ou deslocamentos devido a variações de temperatura,

recalques de fundação, sismo, etc.


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b) Segundo sua Variação no Tempo

Ações Permanentes: intensidade e posição são consideradas constantes ao longo do

tempo. Ex: pesos próprios de materiais e componentes da construção, sobrecarga devido

ao mobiliário em edifícios, etc.

Ações Variáveis: intensidade varia ao longo do tempo. Em geral, são representadas por

um valor máximo associado a uma probabilidade de ocorrência, segundo a qual são

subdivididas em:

Normais: probabilidade grande de ocorrência, o que determina que sejam

consideradas obrigatoriamente no projeto. Ex: ação do vento, variação de

temperatura, ações sísmicas, cargas de montagem, etc;

Especiais: de intensidade e natureza especiais.

Ações Excepcionais: de ocorrência pouco provável durante a vida útil de uma estrutura.

Ex: explosões, incêndios, enchentes, furacões e terremotos, impactos de veículos, aviões

ou embarcações, etc.

c) Segundo sua Variação no Espaço

Ações Fixas: posições inalteráveis na estrutura. Ex: pesos próprios de materiais e

componentes.

Ações Livres: posição arbitrária na estrutura podendo ser:

Cargas Móveis: deslocam-se ao longo da estrutura. Ex: peso do veículo ao longo de

uma ponte.

Cargas Removíveis (Acidentais): podem ser arbitrariamente colocadas ou

removidas nas estruturas. Ex: cargas de ocupação dos edifícios.


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1.4 INTRODUÇÃO À SEGURANÇA EM ESTRUTURAS

A segurança das estruturas não se relaciona unicamente com os cálculos, mas também

com todo o processo de projeto, com o gerenciamento, a execução da obra e os procedimentos

destinados à manutenção. Uma estrutura pode ser considerada segura quando existe garantia de

que durante sua vida útil não serão atingidos estados de desempenho que se configurem como

anormais ou insatisfatórios (estados limites).

1.4.1 ESTADOS LIMITES

A verificação da segurança de uma estrutura deve ser observada com relação aos estados

limites, nos quais a mesma deixa de cumprir com suas finalidades, e que são identificados como:

Estados limites últimos ou de ruína: correspondem aos valores máximos das

capacidades resistentes do sistema estrutural, quando a estrutura tem esgotada a sua

capacidade de suporte, surgindo deficiências estruturais caracterizando danos estruturais.

- Ruptura de seções críticas;

- Instabilidade por deformação;

- Deformações elásticas ou plásticas excessivas;

- Instabilidade de corpo rígido;

- Deterioração por efeito de fadiga;

- Geometria alterada por deformação elástica ou plástica, deformação lenta ou por

fissuração;

- Transformação da estrutura, ou parte, em hipostática, etc.

Estados limites de utilização: relacionados com critérios de funcionalidade e durabilidade

considerados normais. Caracteriza-se por comprometer a durabilidade da estrutura ou a

utilização funcional da construção, devido a desempenhos inadmissíveis de elementos,

mesmo sem a ocorrência de danos estruturais.

- Deformações excessivas;

- Fissurações excessivas;


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- Vibrações com amplitudes excessivas;

- Corrosão;

- Trincas excessivas em alvenarias;

- Deficiência no funcionamento de caixilhos, etc.

Dessa forma, um sistema estrutural para ser considerado seguro deve atender aos

seguintes requisitos:

- Durante sua vida útil, deve garantir que as características da construção sejam

preservadas, a um custo razoável de manutenção;

- Em condições normais de utilização o edifício não deve causar inquietação aos usuários,

nem apresentar falsos alarmes que possam proporcionar suspeita sobre sua segurança;

- Em situação de utilização ou de manutenção não previstas, deve demonstrar sinais que

representem advertência quanto a presença de eventuais estados perigosos.

1.4.2 TIPOS DE RUPTURAS

Colapsos frágeis: ocorrem quando a ruína do sistema se dá com o rompimento do

primeiro elemento resistente;

Colapsos dúcteis: ocorrem após a ruína de todos os elementos resistentes do sistema;

1.4.3 MÉTODOS DE VERIFICAÇÃO DE SEGURANÇA

a) Método Clássico ou Método Determinístico das Tensões Admissíveis

A verificação da segurança é efetuada pela limitação das máximas tensões obtidas nos

cálculos, durante a elaboração do projeto, a valores admissíveis para as mesmas.São adotados

coeficientes de segurança, cuja função nos cálculos é minorar os valores das resistências,

determinadas em ensaios para cada tipo de esforço solicitante dos diversos materiais.

γ=σ

fadm


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onde,

f – resistência do material determinada em ensaio;

γ – coeficiente de segurança.

b) Método Probabilístico dos Estados Limites

Este método usa teorias de probabilidade e estatística para a determinação de coeficientes

de variação.

1.4.4 VALORES CARACTERÍSTICOS E VALORES DE CÁLCULO

Os valores característicos são valores que possuem certa probabilidade de não serem

ultrapassados por valores mais desfavoráveis (ensaio de corpos de prova). Os valores de cálculo

são obtidos dos valores característicos minorando (resistência) ou majorando (ações)

1.5 TIPOS DE ELEMENTOS RESISTENTES

Considerando um corpo com três dimensões L1, L2 e L3, temos:

Blocos: L1 ≅ L2 ≅ L3

Elementos de superfície: L1 ≅ L2 > L3

chapas

placas

placas dobradas

membranas

cascas

abóbadas

cúpulas


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Elemento de barra: L1 ≅ L2 < L3

cabos

arcos

treliças planas

treliças espaciais

vigas

pórticos

grelhas

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

NOVAES, C. C.. Introdução aos sistemas estruturais. UFSCar, 1997.

CARVALHO, R. C.; FIGUEIREDO FILHO, J. R.. Cálculo e detalhamento de estruturas usuais

de concreto armado. UFSCar, 2004.

BOTELHO, M. H. C.. Concreto armado eu te amo. Ed. Blucher, 1999.

FUSCO, P. B.. Técnicas de armar estruturas de concreto. Ed. LTC, 1994, vol.1 e vol.2.

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