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8/18/2019 Dica 2 Roteiro Calculo Estrutural Com Cargas Aplicadas
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Roteiro de estudo para Automação de Cálculo Estrutural
Atenciosamente,
Claudio M. Antonio - Diretor de Relacionamento com o AlunoSite: www.escoladesoftware.com.br
Telefones: (11) 974658414 (Vivo) / 985560271 (Tim)
Skype: escoladesoftware
Email de atendimento: [email protected]
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ESTRUTURAS As estruturas exercem papel fundamental nas edificações, sendo responsáveispela manutenção da estabilidade das construções, absorvendo os esforçosoriginados no peso próprio dos elementos construtivos entre os quais elas se
incluem (cargas permanentes) e, as cargas externas a que estão submetidasdenominadas de cargas acidentais (móveis, pessoas, veículos, ação dovento, e outras).
Todo o projeto estrutural é executado a partir de projeto arquitetônico definido.É importante que o projeto arquitetônico seja elaborado considerando osaspectos estruturais da construção. Os projetos Arquitetônicos,Hidrossanitários e combate a incêndio, Elétricos, Instalações de Arcondicionado, Lógica, Telefônico e outros , quando executadosintegradamente, permitirão soluções mais racionais levando em consideraçãoas interferências, detalhes construtivos e fatores econômicos.
Todas as indefinições quanto aos materiais a serem utilizados na obraobrigarão o projetista estrutural a considerar a opção mais desfavorável quantoas cargas a serem consideradas gerando superdimensionamentos e,consequentemente custos acima dos que poderiam ser praticados.
Por mais detalhado que seja o projeto, sempre existirão materiais a seremutilizados que não são normalizados tendo as mais diversas procedências,algumas confiáveis outras não. Muitos deles bastante comuns nas obras, teminfluência bastante grande nos pesos (tijolos, argamassas, concreto, madeira,pisos, revestimentos, etc.) e também são elementos estruturais decomportamento não precisamente previsível.
Em função destes fatores, é necessário que se utilize índices que possibilitemutilizar estes materiais com margem de segurança que será maior ou menordependendo das circunstâncias. Estes índices são chamados de Coeficientesde segurança.
O coeficiente de segurança, é um fator que em determinados casos majora(aumenta) as cargas previstas e em outras reduz (diminui) as resistênciasprováveis nos elementos estruturais de forma a evitar que possam ocorrerdeformações não desejadas ou, até ruptura.
Fatores que influenciam na escolha dos coeficientes de segurança
1. Confiabilidade do material a ser utilizado. (processo de fabricação,confiabilidade dos insumos etc.)
2. Tipo de força ao qual o material estará submetido. (carga constante ouvariável, cargas em movimento etc.
3. Responsabilidade da estrutura
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4. Ambiente onde a estrutura vai atuar. (protegido, com variações térmicas,com vibrações, submetido a intempéries, ambientes agressivos etc.)
As Normas Técnicas têm entre outras, esta finalidade; ou seja as situações
que normalmente ocorrem são pesquisadas, estudadas, e são feitasrecomendações para adoção de procedimentos que visam executar as obrascom segurança e racionalidade.
Fundada em 1940, a ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas – é oórgão responsável pela normalização técnica no país, fornecendo a basenecessária ao desenvolvimento tecnológico brasileiro.
É uma entidade privada, sem fins lucrativos, reconhecida como Fórum Nacionalde Normalização – ÚNICO – através da Resolução n.º 07 do CONMETRO, de24.08.1992.
Maiores informações : http://www.abntdigital.com.br
O que é Normalização
Atividade que estabelece, em relação a problemas existentes ou potenciais,prescrições destinadas à utilização comum e repetitiva com vistas à obtençãodo grau ótimo de ordem em um dado contexto.
Os Objetivos da Normalização são:
Economia Proporcionar a redução da crescente variedade de produtos eprocedimentos
Comunicação Proporcionar meios mais eficientes na troca de informação entreo fabricante e o cliente, melhorando a confiabilidade das relações comerciais ede serviços
Segurança Proteger a vida humana e a saúde
Proteção do Consumidor Prover a sociedade de meios eficazes para aferir aqualidade dos produtos
Eliminação de Barreiras Técnicas e Comerciais Evitar a existência deregulamentos conflitantes sobre produtos e serviços em diferentes países,facilitando assim, o intercâmbio comercial
Por que seguir a Norma Técnica ?0 profissional que segue as exigências das Normas Brasileiras está dentro da
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lei. Isto porque, segundo o Cap. V, Seção IV, Art. 39°, inciso 8º do Código deDefesa do Consumidor, todo produto ou serviço só pode ser fornecido quandoestiver em acordo com as Normas Brasileiras. Isto inclui o concreto.
www.abesc.org.br
Na prática, a Normalização está presente na fabricação dos produtos, natransferência de tecnologia, na melhoria da qualidade de vida através denormas relativas à saúde, à segurança e à preservação do meio ambiente.
A ABNT é a maior rede de conhecimento do Cone Sul, com mais de 1100Comissões de Estudos. São 12 mil técnicos, das mais variadas especialidades,trabalhando diariamente nos 53 Comitês Brasileiros de Normalização, por todoo Brasil.
A não existência de Normas Técnicas obrigaria a todos os profissionais a
fazerem testes de laboratório e pesquisas sempre que fossem fazer projetos e,mesmo assim não teriam certeza do comportamento a médio e longo prazo dasconstruções executadas.
A execução das obras obedecendo Normas Técnicas é a garantia de um bomdesempenho.
É importante que se observe que as condições necessárias a um bomdesempenho das construções não são fatores imutáveis. Novos materiais eequipamentos vão surgindo, as condições climáticas se modificam por fatoresecológicos, as culturas vão se alterando, materiais e técnicas são investigadoscom o uso de equipamentos mais sofisticados.
Portanto, as Normas Técnicas estão em constante aperfeiçoamento, em umprofissional responsável que queira manter a sua competitividade ecompetência deve estar sempre buscando a atualização.
Atualmente é cada vez acelerado o desenvolvimento em todas as áreas
"o volume de informações dobra a cada seis meses", fica obvio queaprender fatos e teorias do passado se torna inútil e até contraproducente.
Não podemos considerar a matemática, a física, a química como
conhecimentos do passado e portanto e portanto dispensáveis nos temposatuais. Estas são ferramentas básicas que possibilitam o desenvolvimento depráticas modernas.
Também não se pode desprezar os aspectos regionais e culturais quedificultam a aplicação de novas técnicas e procedimentos.
O que é bom para determinadas regiões, é impraticável em outras.
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Quando se for escolher um processo construtivo a ser utilizado em uma obra,deve se atentar para as condições locais tais como:
1. Insumos existentes na região2. Mão de obra disponível3. Água e energia elétrica disponível.
4. Equipamentos que poderão ser utilizados para a execução dostrabalhos.
Roteiro para execução de um cálculo estrutural:
1. Estudar os projeto arquitetônicos e de instalações para verificar asdimensões e o layout da construção afim de determinar oposicionamento dos elementos estruturais.
2. Escolher os elementos estruturais necessários e posicioná-los e pré-dimensioná-los compatibilizando-os com o projeto arquitetônico.
3. Determinar as cargas permanentes a serem consideradas tendo emvista as especificações dos demais projetos.
4. Determinar as cargas acidentais a serem consideradas.5. Executar o dimensionamento definitivo verificando a sua compatibilidade
com a edificação e as conseqüências (carregamentos) dele originados6. Detalhar os elementos estruturais para permitir a sua execução.7. Determinar as cargas que atuarão sobre os solos afim de permitir o
dimensionamento das fundações
A execução das fundações necessita de conhecimento prévio do solo ondeserá executada a obra.
Este serviço é feito através de sondagem do terreno e posterior execução deensaios de laboratório que permitirão a escolha do tipo e dimensões a seremadotadas.
Nos casos de maior responsabilidade, estes serviços são feitos comequipamentos e pessoal especializado que executam este trabalho baseando-se nas cargas determinadas pelo projetista estrutural.
Dimensionamento dos elementos estruturais
Para fazer o dimensionamento das estruturas é necessário que se defina quais
são elas:Paredes, Vigas, Lajes, Escadas, Sacadas, Marquises, Beirais,Reservatórios, Piscinas, Coberturas e outros
Estes elementos precisam ser dimensionados para absorverem o peso próprioe cargas externas com deformações compatíveis com a sua função naconstrução.
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A diferença fundamental entre o estudo dos materiais em mecânica e análisedimensional é que na primeira se considera os materiais indeformáveis , enesta os materiais são considerados como deformáveis e o estudo é feitodefinindo quais as deformações aceitáveis para cada situação afim de evitarque ocorram patologias (defeitos) que comprometam o uso e durabilidade daconstrução.
Em resumo; na mecânica um material submetido a forças fica parado ouse movimenta. Na análise dimensional os materiais podem também sedeformar.
Solicitações simples
Tração , Compressão, Flexão, Cisalhamento ou Corte,Flambagem e Torção.
Estas solicitações podem ocorrer isoladamente ou simultaneamente quandosão chamadas de solicitações compostas
Nas edificações, como não são utilizados comumente materiais homogêneos esim misturas, é necessário que se faça adaptações nas teorias estudadas nadisciplina chamada Resistência dos Materiais afim de utilizar modelos quecorrespondam ao que acontece na prática.
Antes porem de estudar estas teorias vamos abordar o cálculo das cargaspermanentes e acidentais.
Cargas permanentes
São obtidas pela multiplicação do peso específico do material pelo seu volume.
γ =peso específico
As coberturas , lajes, sacadas, marquises, beirais; transferem os seuspesos para paredes ou vigas.
As vigas e paredes transferem os seus pesos para outras vigas ououtras paredes, ou para pilares.
Os pilares transferem seus pesos para os solos através de sapatas oublocos de estacas.
Resumindo:
Kgf/m2 se altera para Kgf/m
Kgf/m se altera para Kgf
Observação:
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O Sistema Internacional de Unidades utiliza o Newton como unidade deforça
1 N = 1/10 Kgf
1KN =1000 x 1/10 Kgf = 100 Kgf
1 Pascal =1 N/m2
1 Pascal = 1/10 Kgf /10.000 cm2
1 Pascal =1 Kgf/100.000 cm2
1 Mpa = 1.000.000 Kgf /100.000 cm2
1 Mpa = 10 Kgf /cm2
Exemplos práticos
150 Kgf/m2 = 1,5 KN/m2
20 Mpa = 200 Kgf/cm2 ou 2 KN/cm2
1000 Kgf/m3 = 10 KN/m3
Como já foi falado anteriormente, os materiais com processos de fabricaçãoartesanal ou com insumos de diferentes regiões ou produtos não normalizadosapresentam pesos específicos de diferentes valores. Os coeficientes desegurança nestes casos tem também a função de evitar que os valoresadotados fiquem fora de segurança.
As normas adotam para estas situações valores que acompanham os materiaisutilizados com maior freqüência .Nos casos especiais é necessário utilizarvalores não normalizados.
Os casos usuais são tabelados para facilitar os cálculos.
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Pesos específicos de alguns materiais γγγγ (Kgf/m3)
Aço....................................................... 7860
Concreto armado................................... 2500
Água ..................................................... 1000
Gesso.........................................................1200
Madeira de pinho..................................... 560
Madeira de grápia......................................860
Alvenaria de tijolos maciços.................. 1800
Alvenaria de tijolos furados....................1300
Argamassas ......................................... 1900
Granito e basalto.................................... 2700
Caliça (entulhos )......................................2000
Cargas (Kgf /m2) e declividades mínimas
Coberturas telhas coloniais(*)..............110.................... 20 graus
Coberturas telhas francesas(*).............. 80.................... 25 graus
Coberturas telhas de fibra 6 mm(*)........30..................... 10 graus
Coberturas telhas de fibra 8 mm(*)........40..................... 10 graus
Piso de madeira.(assoalho)...................30
Piso de madeira (tacos).........................60
Piso cerâmico..........................................80
(*) incluindo estrutura de sustentação (cargas sobre superfícieinclinada)
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Para transformar cargas inclinadas em cargas horizontais utiliza-se aseguinte expressão matemática:
Peso na horizontal = Peso inclinado / cos αααα
α é o ângulo que a inclinação do telhado faz com a horizontal
Cargas acidentais
Lajes de forro ..........................................50 Kgf/m2
Lajes de piso .........................................150Kgf/m2
Lajes de áreas de serviço e lavanderias ..200kgf/m2
Escadas ........................................................300Kgf/m2
Ação do vento .............................................(NBR6123)
Tabela de pesos de paredes
Peso de paredes por metro quadrado
Tipo
10
15
25
reboco
Furados 78 143 273 38
Maciços 108 198 378 38
Blocos Cer.
105
130
160
38
Determinar o peso por metro de uma parede de 25 cm, tijolos maciços comreboco dos dois lados e altura de 3,0 m.
Peso = ( 378 + 38x2 ) x 3,0= 1362 Kgf/m.
Exemplos numéricos de cálculo de pesos de elementos construtivos(exemplo 1)
1- Determinar o peso de uma parede de tijolos maciços com 25 cm deespessura com dois rebocos de 2 cm de espessura.
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Parede P/m2 = 1800 Kgf/m3 x 0,21 m = 378 Kgf/m2
Reboco P/m2 = 1900 Kgf/m3 x 0,02 m x 2 = 76 Kgf/m2
Total .......................................................= 454 kgf/m2
Transferindo este peso para o apoio:
Pé direito = 3m
P Kgf/m = 454 Kgf/m2 x 3 m = 1362 Kgf /m
2- Determinar o peso próprio de uma viga (Kgf/m) de concreto armado medindo25 cm x 30 cm
P = 2500 Kgf/m3 x 0,25 m x 0,30 m = 187,50 Kgf/m
3- Determinar a carga total por metro quadrado de uma laje de banheiro compiso cerâmico de 10 cm de espessura e reboco com 2 cm de espessura.
Carga acidental ...................................= 150 kgf/m2
Peso próprio .. ..2500 kgf/m3 x 0,10 m = 250 kgf/m2
Peso do piso.......................................... = 85 Kgf/m2
Peso do reboco =1900 Kgf/m3 x 0,02 m =38 kgf/m2
Total.......................................................= 523 Kgf/m2
4- Determinar o peso por metro quadrado de uma laje de forro com 8 cm deespessura
• Carga acidental..........................................=50 kgf/m2
Peso próprio...... 2500 Kgf/m3 x 0,08 m =200 kgf/m2
Peso de reboco ... 1900 Kgf/m3 x0,02 m= 38 Kgf/m2
• Total.........................................................=288 Kgf/m2
Carga acidental..........................................=50 kgf/m2
Peso próprio...... 2500 Kgf/m3 x 0,08 m =200 kgf/m2
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Peso de reboco ... 1900 Kgf/m3 x0,02 m= 38 Kgf/m2
Total.........................................................= 288 Kgf/m2
5- Calcular o peso por metro quadrado de uma cobertura de telhascerâmicas coloniais , sabendo que a declividade é de 25 graus.
q = 110 Kgf/ m2 /cos 25 = 122 Kgf/m2
Ação do vento
O cálculo da ação do vento é feito de acordo com a NBR 6123, obtendo
três combinações críticas, de acordo com a geometria e com as aberturas
do problema. A pressão de obstrução (carga de vento – q , em kgf/m2 ) é
função das características topográficas, das edificações vizinhas, da
intensidade de ocupação da construção e da região do país onde a obra
será construída.
Exemplo de uso do coeficiente de segurança
1. Determinar a carga que poderá atuar com segurança sobre umaestrutura sabendo que sua ruptura ocorreu com uma carga de
5000 kgf e o coeficiente de segurança adotado é de 1,4.
Carga admissível para o caso será: 5000 kgf/1,4 = 3572 kgf
2. Sabe-se que uma estrutura estará submetida a cargas de até 3500kgf. Calcular qual deve ser a carga prevista sabendo que ocoeficiente de segurança escolhido é 1,65.
Carga prevista para o caso será: 3500 kgf x 1,65= 5775 kgf
Como as forças atuam?
Tão importante quanto definir os valores das cargas atuantes sobre asestruturas é saber como elas se transferem e como agem entre sí.
As cargas são classificadas em :
• Distribuídas superficialmente (Kgf/m2) Lajes, pisos, coberturas etc. • Distribuídas linearmente (Kgf/m) Paredes, revestimentos, vigas etc. • Concentradas (Kgf) Pilares, apoios de vigas etc.
As cargas concentradas causam maiores deformações na maioría dassituações práticas.
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A seguir são apresentadas ilustrações das situações mais comuns detransferência de cargas.
Na figura 1 é mostrada uma carga concentrada e as reações geradas emdois apoios.
R1= Pb/L R2=Pa/L
A figura 2 mostra uma carga distribuída e, na figura 3, como ela étransformada em carga concentrada para o cálculo das reações.
Ra=Rb=qL/2
Estes resultados são baseados nas três equações da estática:
1. Soma das forças horizontais igual a zero. 2. Soma das forças verticais igual a zero. 3. Soma dos momentos das forças igual a zero.
Engastes são vínculos que impedem movimentos de translação erotação.
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Para transferir os pesos de coberturas e lajes para os apoios
(vigas ou paredes) segue-se o seguinte roteiro
Depois de se determinar a carga por metro quadrado define-se dois ou quatro apoios.
•••• Quando forem dois apoios
Cada um deles será obtido pela multiplicação da carga por metro quadrado peladistância entre os apoios e divisão deste resultado por dois.
Exemplo: q= 400 kgf/m2 L=3,2 m. qA = qB = 400 kgf/m2 x 3,2 m /2 = 640 kgf/m
•••• Quando forem quatro apoios
Lx é o menor vão ( x é a direção do menor vão)
• 1) Dividir Ly por Lx = a• 2) Calcular k x = a4/ (a4+1) ( kx e ky indicam os percentuais do peso da
laje que serão transferidos
respectivamente nas direções x e y)
• 3) k y = 1- K x• 4) q x = k x . q qy = k y . q
Reações em x: =q x . l /2
Reações em y = q y . l /2
Exemplo numérico (exemplo 2)
Se l x = 2 m l y = 3 m e q = 500 kgf / m2
Divisão de Ly por Lx elevado a quarta potência
l y / l x =1,5 (l y /l x ) = 1,5x1,5x1,5x1,5 = 5,0625
K x = 5,0625 / (5,0625+1) = 5,0625 / 6,0625 = 0,835
K y = 1- 0,835 = 0,165
qx = 500 x 0,835 = 417,5 kgf / m2 e qy = 500 x 0,165 = 82,5 kgf / m2
qc =qd = 417,5 kgf / m2 x 2 m /2 = 417,5 kgf / m
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qa = qb = 82,5 kgf / m2 x 3 m / 2 = 123,75 kgf / m
Kx representa a percentagem do peso da laje que se apoiará na direção X (lado menor).
Ky representa a percentagem do peso da laje que se apoiará na direção Y (lado maior).
Quando se opta por quatro apoios se está distribuindo melhor o peso sobre os
elementos de sustentação porque temos um maior n° de elementos estruturaisauxiliando na sustentação reduzindo, consequentemente, a responsabilidade de cadaum na sustentação das cargas.
A opção por dois apoios se faz necessária quando "efetivamente" existirem apenas doisapoios ou quando, por razões arquitetônicas seja mais favorável esta opção.
Exemplo: Dispensar o uso de vigas ou prever a hipótese de remoção futura de umaparede.
Engastes
São vínculos que impedem que as estruturas girem quando submetidas a Momentos.(força multiplicada por braço de alavanca )
Quando as estruturas são engastadas elas atuam interligadas se ajudando mutuamentee isto por um lado diminui as suas deformações e por outro lado faz com que soframdeformações em conseqüência de movimentações em vãos vizinhos.
Quando as estruturas são engastadas entre sí , estes engastes fazem com quefuncionem solidariamente fazendo com que esta "ajuda " cause uma redução nas suasdimensões e armaduras , proporcionando uma economia..
Para as lajes mais comuns este engastamento não traz economia significativa e muitas
vezes se executam estas lajes dispensando esta alternativa.
Para vãos isolados, quando houver engastes em uma extremidade, as reações nosapoios serão divididas em duas partes, sendo que a extremidade engastada ficará com5/8 do total e o lado apoiado ficará com 3/8 do total.
Exemplo: carga distribuída 800 kgf/m Vão: 8 m Total da carga: 800 x 8 = 6400 kgf
Reação no lado engastado : 6400 x 5 / 8 = 4000 kgf
Reação no lado apoiado : 6400 x 3 / 8 = 2400 kgf
•••• Para beirais, sacadas e marquises (engaste obrigatório)
A carga deve ser multiplicada pelo avanço.
Exemplo: Carga = 600 kgf/m2 avanço =0,50 m
Reação no engaste = 600 x 0,50 = 300 kgf / m
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Para transformar carga distribuída em um vão em carga concentrada nos apoios bastamultiplicar o seu valor pelo vão e dividir por dois.
As cargas que atuarão sobre as vigas de fundação serão obtidas na soma
das seguintes parcelas:
1. Peso da(s) parede(s) (exemplo 1) 2. Peso das lajes em cada lado da parede ou viga (exemplo 2) 3. Peso da empena (se houver) 4. Peso da viga de amarração 5. Peso próprio da viga de fundação 6. Os itens 1, 2 e 4 serão repetidos para cada pavimento que se apoiar
na viga de fundação
Transferência de carga de vigas para pilares
Para transferir carga distribuída para apoios (pilares, vigas, paredes...) multiplica-se acarga pelo vão e divide-se por dois (metade para cada lado).
A seguir exemplo de aplicação:
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Dados :
q12 = 2000 kgf/m q23 = 1500 kgf/m q34 = 1800 kgf/m q35 = 2100 kgf/m q65 = 1400 kgf/m
P1= (2000x 4)/2 = 4000kgf P2 = (2000x4+1500x1) /2 = 4750 kgf
P3 = (1500x1+ 1800x3,5+2100x2)/2 = 6000 kgf
P4 = (1800x3,5)/2 = 3150 kgf P5 = (2100x2+1400x3,5) /2 = 4550 kgf
P6 = 1400x3,5/2 = 2450 kgf
Para tirar pilares intermediários a carga se subdivide em duas partes que se somarão
aos pilares extremos do vão considerado.
Os valores das parcelas são obtidos das seguintes fórmulas: PA = Pxb /L Pb = Pxa /L
Sendo L o vão da viga e a e b o comprimento dos trechos opostos a reação.
Se o pilar P3 fosse retirado os pilares P2 e P5 absorveriam a carga P3 da seguinte forma:
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P2 = P3 x 2 / 3 = 6000 x 2 / 3 = 4000 kgf
P5 = P3 x 1 / 3 = 6000 x 1 / 3 = 2000 kgf
Portanto os valores totais nestes pilares seriam:
P2 = 4750 kgf + 4000 kgf = 8750 kgf
P5 = 4550 kgf + 2000 kgf = 6550 kgf
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para Desenho e Análise de Cálculo estrutural de Concreto Armado paraconstrução de Edifícios);
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Atenciosamente,Claudio M. Antonio - Diretor de Relacionamento com o AlunoSite: www.escoladesoftware.com.br Telefones: (11) 974658414 (Vivo) / 985560271 (Tim)Skype: escoladesoftwareEmail de atendimento: [email protected]
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