Cálculo Estrutural

Universidade Federal de ItajubáInstituto de Recursos Naturais

EHD 804 – MÉTODOS DE CONSTRUÇÃO

Profa. Nívea Pons

CÁLCULO ESTRUTURAL

� Objetivo:Projeto e dimensionamento de estruturas estáticas ou dinâmicas de uma obra, para permitir que a mesma atenda à sua função de estabilidade da construção, sem entrar em colapso e sem deformar ou vibrar excessivamente.

CÁLCULO ESTRUTURAL

� Aplicação da mecânica dos sólidos e da resistência dos materiais ao projeto de edifícios, pontes, muros de contenção, barragens, túneis, plataformas de petróleo, navios, aviões, automóveis e outras estruturas.

CÁLCULO ESTRUTURAL

� O Cálculo Estrutural almeja o melhor uso dos materiais disponíveis e o menor custo para construção e manutenção da estrutura.

CÁLCULO ESTRUTURAL

� Toda edificação é calculada por profissional qualificado na engenharia construtiva� Auxílio de ferramentas da informática (softwares) de cálculo estrutural (otimização de materiais e mão de obra)� Normas de segurança regidas pela ABNT -Associação Brasileira de Normas Técnicas

CÁLCULO ESTRUTURAL

� Principais etapas do projeto estrutural:

• criação do esquema estrutural e estudo de seu equilíbrio• definição das cargas e forças que atuam na estrutura• cálculo dos esforços e deformações• dimensionamento das peças estruturais• detalhamento do projeto para execução

CÁLCULO ESTRUTURAL

� CONCRETO

Alta resistência à compressão

Quase não resiste à tração

CÁLCULO ESTRUTURAL

� Exemplo de uma viga bi-apoiada:Efeito do momento fletor na viga flexionada.

CÁLCULO ESTRUTURAL

Para a solicitação de momento fletor o concreto romperia na face tracionada e cada vez mais o braço de alavanca entre D e T diminuiria e estes esforços aumentariam e assim por diante a peça romperia.

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� CONCRETO ARMADO

Necessidade de colocação do aço para combater a tração.

• Barras de aço no lado das fibras distendidas.

CÁLCULO ESTRUTURAL

� CONCRETO ARMADOAço e concreto deverão trabalhar solidarizados

CÁLCULO ESTRUTURAL

� CONCRETO ARMADO� Viabilidade

A aderência entre o aço e o concreto é que permite transmitir os esforços de um material para o outro.Ao ser solicitado à tração o concreto se deforma, fissura, mas leva consigo o aço, tracionando-o e fazendo a peça trabalhar em conjunto.

CÁLCULO ESTRUTURAL

� CONCRETO ARMADO� Viabilidade

� Aderência entre os materiais:Assegura a mesma deformação

específica entre o aço e o concreto que o envolve.

CÁLCULO ESTRUTURAL

� CONCRETO ARMADO� Viabilidade

� Coeficientes de dilatação térmica :Concreto e aço possuem

coeficientes de dilatação térmica praticamente iguais, por isto trabalham em conjunto no caso de pequenas variações de temperatura.

CÁLCULO ESTRUTURAL

� CONCRETO ARMADO� Viabilidade

� Proteção do aço contra oxidaçãoO concreto protege duplamente o aço contra a oxidação:• proteção física – havendo um adequado recobrimento de concreto, os agentes externos não atacam o aço. Quanto mais agressivo o meio externo, maior deverá ser a espessura do recobrimento de concreto.• proteção química – durante a pega (secagem) do concreto há a formação de um meio alcalino (cal) que cria uma camada protetora em torno das barras de aço.

CÁLCULO ESTRUTURAL

� Identificação dos Elementos Estruturais* Edifícios usuais de concreto armado

� lajes

� vigas� pilares� união dos elementos (escadas: lajes e vigas)

� pilares junto ao nível do terreno, apoiados em sapatas diretas ou blocos sobre estacas

CÁLCULO ESTRUTURAL

� Identificação dos Elementos EstruturaisElemento estrutural

- deve ter função compatível com os esforços solicitantes

- segurança deve ser garantida com relação aos Estados Limites Últimos e de Serviço- arranjo dos elementos estruturais compatível com

o projeto arquitetônico

CÁLCULO ESTRUTURAL

� Identificação dos Elementos Estruturais� Arranjo estrutural (Vlassov,1962)

Critério geométrico: faz-se a comparação da

ordem de grandeza das três dimensões características dos elementos estruturais.

CÁLCULO ESTRUTURAL

� Identificação dos Elementos Estruturais� Arranjo estrutural (Vlassov,1962)

� Elementos lineares de seção delgada

-Elementos de barras-Têm espessura (b) muito menor que a altura (h)

da seção transversale esta, muito menor

que o comprimento (l).

CÁLCULO ESTRUTURAL

� Identificação dos Elementos Estruturais� Arranjo estrutural (Vlassov,1962)

� Elementos lineares de seção não delgada

-Têm espessura (b) de mesma ordem de grandeza da altura (h)

da seção transversale estas, bem menores

que o comprimento (l).- vigas, pilares, tirantes.

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� Identificação dos Elementos Estruturais

� Arranjo estrutural (Vlassov,1962)

� Elementos bidimensionais-Elementos estruturais de superfície (lajes dos

pavimentos, lajes das escadas, paredes dos reservatórios, paredes de arrimo-Têm as suas dimensões

em planta da mesmaordem de grandeza e muito

maiores que a espessura (h)

CÁLCULO ESTRUTURAL

� Identificação dos Elementos Estruturais� Arranjo estrutural (Vlassov,1962)

� Elementos tridimensionais

-Têm as 3 dimensões da mesma ordem de grandeza-Ex: sapatas de fundações

CÁLCULO ESTRUTURAL

� No modelo estrutural mecânico idealizado para o sistema estrutural real:

�Vigas servem de apoio para as lajes,

absorvendo as ações a elas transmitidas�Vigas distribuem as ações para os pilares

CÁLCULO ESTRUTURAL

� No modelo estrutural mecânico idealizado para o sistema estrutural real:

�Pórticos verticais, pilares e vigas, além de

absorverem a ação do vento, contribuem para a estabilidade global

• Forma estrutural de um pavimento-tipo de edifício

• Corte transversal dos pavimentos de um edifício:

Pode-se visualizar os elementos lineares, vigas e pilares necessários para transferir as ações atuantes nas lajes dos pavimentos.

CÁLCULO ESTRUTURAL

� Ações atuantes:-Pesos próprios dos elementos da construção

-Pesos dos materiais de acabamento e de todos os equipamentos fixos

-Ações variáveis normais, relativas a utilização da edificação: pessoas, móveis, veículos, etc-Forças atuantes pela ação do vento (absorvidas

pelos pórticos verticais)

CÁLCULO ESTRUTURAL

� Ações atuantes- Pesos próprios dos elementos da construção

CÁLCULO ESTRUTURAL

� Ações atuantes:-Ações variáveis

normais

CÁLCULO ESTRUTURAL

� VigasNormalmente estão submetidas a ações

uniformemente distribuídasEm casos que o projeto exija, podem receber

ação concentrada devido a necessidade de se apoiar viga em viga (esforços de flexão – momento fletor e força cortante)

CÁLCULO ESTRUTURAL

� Vigas

CÁLCULO ESTRUTURAL

� PilaresSubmetidos a esforços de flexo-compressão-

momento fletor e força normalDevido a ação horizontal têm solicitação de

força cortante

CÁLCULO ESTRUTURAL

� LajesPlacas de concreto armado, normalmente

horizontaisNas estruturas de edifícios:

- são responsáveis por receber as ações verticais, permanentes ou acidentais

- representam, no consumo total, um

consumo de concreto da rodem de 50% do volume total

CÁLCULO ESTRUTURAL

� Lajes-Maciças (espessura constante)

-Nervuradas (espessura descontínua)-Moldadas no local

-Pré-fabricadas -Parcialmente pré-fabricadas

• Perspectiva de parte de um edifício.

CÁLCULO ESTRUTURAL

� Lajes Pré-fabricadas: constituídas por painéis de pequena espessura (30mm),

largura de 330mm e comprimento

em funçãodo menorvão da laje

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� Lajes Pré-fabricadas:

CÁLCULO ESTRUTURAL

� Lajes Pré-fabricadas:

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� Lajes:

CÁLCULO ESTRUTURAL

� Lajes:

CÁLCULO ESTRUTURAL

� Lajes:

CÁLCULO ESTRUTURAL

� Lajes:

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� Lajes:

� Subsistemas verticais

CÁLCULO ESTRUTURAL

� Custo da estrutura em concreto armado moldado no local

-Edifícios convencionais: 20 a 25% do custo total-Custos envolvidos: materiais de construção,

barras e fios de aço, materiais de formas, andaimes, mão-de-obra, lançamento, adensamento, cura e desforma.