MODELAGEM DOS SISTEMAS ESTRUTURAIS Aula 02: Definições … · Pórtico Plano Sistema plano constituído por barras, submetido a carregamentos coplanares. Grelha Sistema plano constituído

Universidade Federal do Rio de Janeiro

Faculdade de Arquitetura e Urbanismo

Departamento de Estruturas

MODELAGEM DOS SISTEMAS ESTRUTURAIS

Aula 02: Definições Básicas

Profa. Dra. Maria Betânia de Oliveira

[email protected]

mboufrj.weebly.com

http://lattes.cnpq.br/4788291761473700

Objetivos

Entendimento dos conteúdos apresentados na aula.

Metodologia Apresentação e discussões sobre o tema da aula.

Atividade Discente Participar da aula e estudar os assuntos abordados.

Aula 2

Estruturas da Natureza. Elementos Estruturais Básicos. Classificação dos Sistemas Estruturais. Ações nas Estruturas.

Modelagem dos Sistemas Estruturais

Maria Betânia de Oliveira 2014.2

Estudos anatômicos de uma asa.

Projeto das Máquinas Voadoras de

Leonardo da Vinci

Registro do processo da busca de um

modo para que o homem pudesse voar.

Convicção de que o homem é capaz de

entender a natureza e superar a sua

capacidade criativa.



As estruturas comportam-se da mesma maneira, sejam elas estruturas de

edificações, de objetos ou da natureza.

Arco de Pedra

The Landscape Arch Maior arco natural do mundo

em extensão.

90 metros de vão

32 metros de altura

3,6 metros de espessura mínima

Estruturas da Natureza



http://www.lmc.ep.usp.br/people/hlinde/estruturas/images/Conceito - Est_natureza/arco_pedra.jpg

Complexo Olímpico de Munique, Alemanha, 1971

Frei Otto


Teia de Aranha



Estrutura como caminho das forças


Estruturas da Natureza como fonte de inspiração para as Concepções

Arquitetônicas e Estruturais.

Asa da libélula

Nervuras

Gatti Wool Factory in Rome, Roma, Italy, 1951.

Pier Luigi Nervi

Nervuras



Cogumelo

Palácio do Trabalho, Turim, Itália. Pier Luigi Nervi com colaboração de Antonio Nervi, 1960.


Analogia à natureza - ainda que de forma não proposital.




Modelo Físico 2013.2

Palácio do Trabalho, Turim, Itália. Pier Luigi Nervi com colaboração de Antonio Nervi, 1960.


Concha Marinha Pressão da água

Elevados esforços de compressão

Espessura fina

Restaurante Los Manantiales, Cidade do México, 1958. Félix Candela

Casca com vão de 30m e espessura de10cm


Necessidade de gerenciamento das forças.



Casa João-de-Barro Cúpula de barro e fibras

Relação entre forma/forças/material

Cobertura do Panteão de Adriano em Roma Alvenaria, argamassa de cal e pozolana

Relação entre forma e boa resistência à compressão dos

materiais disponíveis


Analogia



Panteão em Roma



Turning Torso, Suécia, 2005.

Edifício com 190m de altura e 54 andares. Santiago Calatrava



“Em determinado período dediquei-me

ao estudo das formas orgânicas com as

quais o meu trabalho tem algumas

analogias”.

Allen Lambert Galleria, Toronto, 1992.

The “crystal cathedral of commerce” Santiago Calatrava



Elemento de superfície - Lâmina Duas dimensões com a mesma ordem de grandeza e

bem maiores que a terceira dimensão.

Curvatura nula em todas as direções: placas, chapas.

Curvatura diferente de zero: cascas, membranas.

Exemplos: lajes dos pavimentos dos edifícios, paredes

das caixas de água, lajes das escadas, paredes de arrimo

e coberturas em cascas.

Classificação dos elementos estruturais de acordo com as suas dimensões.

Elemento linear - Barra Duas dimensões com a mesma ordem de grandeza e bem

menores que a terceira dimensão.

Exemplos: cabos, vigas, pilares, treliças, pórticos, grelhas e arcos.

Elemento de volume - Bloco Três dimensões com mesma

ordem de grandeza.

Exemplos: sapatas e blocos de

fundação.

Mesma ordem de grandeza - valores das dimensões com relação até 1/10.



Sistemas Estruturais Usuais

Viga e Pilar Treliça Folha

Cabo Placa Membrana

Arco Casca Estrutura Reticulada



Sistema estrutural básico das edificações: sistema laje-viga-pilar



© 2009 Maria Betânia de Oliveira

Perspectiva do sistema estrutural de edifício em concreto (MACGREGOR, 1988).

Identificação dos elementos estruturais



Distribuição das Forças nas Estruturas

Usualmente, a geometria dos carregamentos acompanha a geometria das

estruturas sobre os quais elas atuam.

Forças de Superfície Forças Lineares

Geometria das Forças

Forças Concentradas

TRELIÇAS

Treliça Plana Sistema plano constituído por barras dispostas de modo a formar painéis triangulares.

Sistema estrutural submetido a carregamento concentrado nos seus nós.



Classificação dos elementos estruturais de acordo com os carregamentos.

Parede Elemento de superfície, submetido

a carregamento paralelo ao seu

plano.

Laje Elemento de superfície, em

concreto, submetido a carregamento

perpendicular ao seu plano.

Viga Elemento linear, disposto horizontalmente ou

inclinado – submetido a carregamento perpendicular

ao seu eixo.

Pilar Elemento linear, disposto verticalmente – submetido

a carregamento paralelo ao seu eixo.



Classificação dos sistemas estruturais de acordo com os carregamentos.

Pórtico Plano Sistema plano constituído por barras, submetido a

carregamentos coplanares.

Grelha Sistema plano constituído por barras,

submetido a carregamentos não

coplanares.



Estrutura de Cabo (tensoestrutura)

Estrutura de Membrana (tensoestrutura)

Fio Barra esbelta que só pode

resistir à tração.

Cabo Conjunto de fios.

Lâmina Corpo em que uma das dimensões é muito menor

do que as outras duas.

Folha Estrutura constituída por uma ou mais lâminas.

Casca

Folha curva.

Membrana Casca esbelta que só resiste à tração.



Tudo aquilo que pode produzir esforço ou deformação na estrutura.

Exemplo: gravidade, eólica, incêndio, choque, explosões, etc.

O efeito das ações são as forças nas estruturas.

Exemplo: peso dos materiais (próprio), pressão de vento, dilatação

AÇÕES

Valores das ações

Normas (estatística/padronização)

Fabricante do produto utilizado

Medições



pesos próprios dos elementos estruturais e construtivos

pesos dos equipamentos fixos

empuxos devidos ao peso próprio de terras não removíveis

protensão

recalques de apoio

retração dos materiais

Ações Permanentes

sobrecargas das construções

forças de frenagem, de impacto e centrífugas

efeitos do vento

variações de temperatura

pressões hidrostáticas

Ações Variáveis

explosões

choques de veículos

incêndios

enchentes

sismos excepcionais

Ações Excepcionais



Componente

Material

Ação Permanente (KN/m2)

Parede

Tijolos maciços, com 25cm de espessura

4,0

Tijolos maciços, com 15cm de espessura

2,5

Tijolos furados, com 23cm de espessura

3,2

Tijolos furados, com 13cm de espessura

2,2

Tijolos de concreto, com 23cm de espessura

3,5

Tijolos de concreto, com 13cm de espessura

2,2

Tijolos de concreto celular, com 23cm de espessura

0,8

Tijolos de concreto celular, com 13cm de espessura

0,5

Cobertura

Com telhas cerâmicas, com madeiramento

1,2

Com telhas de fibrocimento, com madeira

0,4

Com telhas de alumínio e estrutura de aço

0,3

Com telhas de alumínio e estrutura de alumínio

0,2

Forros

Com painéis de gesso, com estrutura de madeira e aço

0,5

Com blocos sólidos de gesso

0,7

Caixilho

Com estrutura de alumínio, com vidros

0,2

Com estrutura de aço, com vidros

0,3

Telhas

De fibrocimento tipo Canalete 43

0,28

De fibrocimento tipo Canalete 90

0,25

Ações Permanentes por Unidades de Área

Obs.: Nas ações das paredes estão incluídas as relativas aos pesos das argamassas de

assentamento (1cm) e de revestimento (1,5 cm em cada face). Nas coberturas foram consideradas

as massas das telhas úmidas devido à ação da chuva.

Ambiente Arquitetônico

Ação (KN/m2)

Casas de máquinas

(incluindo a massa das máquinas) a ser determinada em cada caso, porém com

o valor mínimo de

7,5

Corredores

Com acesso ao público

3

Sem acesso ao público

2,5

Edifícios Residenciais

Dormitórios, sala, copa, cozinha e banheiro

1,5

Dispensa, área de serviço e lavanderia

2

Escadas


3


2,5

Escolas

Anfiteatro com assentos fixos

3

Corredor e sala de aula

3

Outras salas

2

Escritórios

Salas de uso geral e banheiro

2

Forros

Sem acesso à pessoas

0,5

Galerias de arte

A ser determinada em cada caso, porém com o mínimo de

3

Galerias de Lojas

A ser determinada em cada caso, porém com o mínimo de

3

Garagens e

estacionamentos

Para veículos de passageiros ou semelhantes com carga máxima de 25KN por

veículo

3

Ginásio de esportes

5

Terraços


2


3

Inacessível a pessoas

0,5

Valores mínimos das ações variáveis normais de utilização

Exercícios da Aula 2

1. Definir e desenhar: (a) sistema estrutural; (b) elemento estrutural; (c) elemento

de barra, elemento de superfície e elemento de volume.

2. Definir e desenhar: (a) Viga; (b) Pilar; (c) Laje.

3. Definir e desenhar: (a) Treliça; (b) Grelha; (c) Pórtico.

4. Definir e desenhar: (a) Membrana; (b) Casca; (c) Cabo; (d) Arco.



VASCONCELOS, A. C. Estruturas da Natureza - um estudo da interface entre

Biologia e Engenharia. Studio Nobel, 2000.

SANTOS, C. O desenho como processo de aplicação da biomimética na

Arquitetura e no Design. Tópos, v. 4, n. 2, p. 144 - 192, 2010.

http://revista.fct.unesp.br/index.php/topos/article/viewFile/2257/2066 .

Acesso: 28 fev 2013.

Bibliografia da Aula 2 LINDENBERG NETO, H. Estruturas da Natureza.

http://www.lmc.ep.usp.br/people/hlinde/estruturas/estnat.htm .

Acesso: 28 fev 2013.

REBELLO, Y.C.P. A Concepção Estrutural e a Arquitetura. Zigurate Editora, 2001.

RODRIGUES, P.F.N. Modelagem dos Sistemas Estruturais: notas de aula.

DE/FAU/UFRJ, 2008.

SÁLES, J.J. et al . Sistemas Estruturais: teoria e exemplos. São Carlos:

SET/EESC/USP, 2005. ISBN: 85-85205-54-7.



Documents

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