MODELAGEM DOS SISTEMAS ESTRUTURAIS Aula 02: Definições …€¦ · Turning Torso, Suécia, 2005....

Universidade Federal do Rio de Janeiro

Faculdade de Arquitetura e Urbanismo

Departamento de Estruturas

MODELAGEM DOS SISTEMAS ESTRUTURAIS

Aula 02: Definições Básicas

Maria Betânia de Oliveira

Professora Adjunta

[email protected]

mboufrj.weebly.com

Estruturas da Natureza e Estruturas de Edificações. Ações nas Estruturas. Materiais de construção de estruturas. Elementos e Sistemas Estruturais Básicos. Dimensões da Estrutura.

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Objetivos da Aula Entendimento das relações entre os sistemas estruturais das edificações e as estruturas da natureza; entendimento do efeito das ações nas estruturas, conhecimento dos materiais de construção de estruturas ; entendimento das definições dos elementos e sistemas estruturais básicos; avaliação das características geométricas do sistema estrutural básico das edificações ─ o sistema laje-viga-pilar.

Aula 2

Definições Básicas MSE 2018.2

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, assim, superar a

sua capacidade criativa.

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

edificações, de objetos ou da natureza.

Arco de Pedra

The Landscape Arch USA Maior arco natural do mundo

em extensão.

90 metros de vão

32 metros de altura

3,6 metros de espessura mínima

Estruturas da Natureza

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

Complexo Olímpico de Munique, Alemanha, 1971

Frei Otto, Prêmio Pritzker de 2015.


Teia de Aranha

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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

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Cogumelo

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


Analogia à natureza - ainda que de forma não proposital.

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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.

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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


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Turning Torso, Suécia, 2005.

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

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“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

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Estrutura

Caminho das forças

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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 NAS ESTRUTURAS

Valores das ações

Normas (estatística/padronização)

Fabricante do produto utilizado

Medições

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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

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Estrutura

sistema de forças assimiladas pela matéria

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Dimensões da Estrutura : altura, comprimento, largura

Proporções que possibilitam a forma existir

equilíbrio resistência economia

primeiros croquis da edificações

desenhos 3D da edificação

relações entre as dimensões da estrutura podem ajudar

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forç

as

mat

eria

is

Classificação dos elementos estruturais de acordo com as suas dimensões.

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Categorias de Elementos

Estruturais

Elementos de Volume

(Blocos)

Elementos de Superfície

(Lâminas)

Elementos de Linha

(Barras)


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.

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Classificação dos elementos estruturais de acordo com as suas dimensões e

rigidez

Cabo Barra flexível (não rígida)

porque possui seção

transversal muito pequena.

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 rígida e curva.

Membrana ou Tensoestrutura Folha curva e flexível (não rígida) porque possui

espessura muito pequena (tecido estrutural).


A geometria dos carregamentos acompanha e a geometria das estruturas

sobre os quais eles 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.

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Classificação das estruturas de acordo com a forma dos 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.

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Pórtico Plano Sistema plano constituído por barras, submetido a

carregamentos coplanares.

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Grelha Sistema constituído por barras,

situadas em um mesmo plano,

submetido a carregamentos não

coplanares.

UFRJ.FAU.DE Classificação dos elementos estruturis de acordo com os carregamentos. Classificação das estruturas de acordo com a forma dos carregamentos.


© 2009 Maria Betânia de Oliveira

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

Identificação dos elementos estruturais

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

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


Relação entre altura (h) e menor vão (lx ) da laje: Adotar

pré-dimensionamento das lajes maciças

Recomenda-se altura mínima de 10cm → isolamento acústico

sis

tem

a laje

-vig

a-p

ilar

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h=2,5% lx

lx ≤ ly


A altura da viga pode ser inicialmente adotada igual à

pré-dimensionamento de vigas em concreto s

iste

ma

la

je-v

iga

-pila

r

h varia de (1/10) l a (1/20) l → forças atuantes, forma da seção transversal e qualidade do material


h=10% l

h? para l=10 m

Pilares de seção retangular (b x h):

recomenda-se b ≥ 20 cm com b ≤ h.

bh

Distância entre os pilares: 2,5m a 7,0m

Pilares em Concreto s

iste

ma

la

je-v

iga

-pila

r

A área da seção transversal do pilar pode ser pré-dimensionada através da carga total prevista para o pilar.

A carga prevista para um pilar pode ser estimada através da sua área de influência.

pré-dimensionamento de pilares em concreto s

iste

ma

la

je-v

iga

-pila

r

totA → área de influência total do pilar

nAA itot

n

iA → área de influência do pilar em um andar

→ número de andares existentes acima do lance considerado

pré-dimensionamento de pilares em concreto

sis

tem

a la

je-v

iga

-pila

r UFRJ.FAU.DE



→ carga total prevista para o pilar totP

totA → área de influência total do pilar

medtottot pAP

medp

valor entre e 2/10 mKN 2/12 mKN

→ carga média em edifícios (por andar)

sis

tem

a la

je-v

iga

-pila

r UFRJ.FAU.DE



→ resistência admissível o material valor entre de 1 KN/cm2 a 1,5 KN/cm2

→ área da seção transversal do pilar cA

adm

totc

PA

adm

→ carga total prevista para o pilar totP sis

tem

a la

je-v

iga

-pila

r UFRJ.FAU.DE



área de influência no andar tipo = 3m x 3m número de andares = 10 carga média por andar: = 10KN/m2 resistência do material: 1 KN/cm2 seção retangular: b = 20 cm

medp

adm

cmb

AhbhA

cmpAP

A

cc

adm

medtot

adm

totc

4520

900

9001

10)1033( 2

bh

Exemplo

sis

tem

a la

je-v

iga

-pila

r UFRJ.FAU.DE


ATENÇÃO!

Os valores do pré-dimensionamento são válidos para construções usuais em

concreto armado.

Estes valores não devem limitar a criação de novas formas estruturais e a

utilização de outros materiais!

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Leitura

Textos REBELLO, Y.C.P. A Concepção Estrutural e a Arquitetura. São Paulo: Zigurate Editora, 2001. p.27-38. SÁLES, J.J. et al . Sistemas Estruturais: teoria e exemplos. São Carlos: SET/EESC/USP, 2005. p.01-14.

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Exercício da Aula 2

Exercício 02 – Desenhar e definir:

(a)Viga; (b) Pilar; (c) Laje; (d) Treliça; (e) Grelha; (f) Pórtico; (g) Membrana; (h) Casca; (i) Cabo; (j) Arco.

***Fazer em papel A4***


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