CURSO TÉCNICO DE EDIFICAÇÕES

PROJETOS ESTRUTURAIS

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Profª Engª Civil Alexandra Müller Barbosa

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Conteúdo

1. INTRODUÇÃO A PROJETOS ESTRUTURAIS ............................................................................ 5

2. ANÁLISE ESTRUTURAL ........................................................................................................... 14

2.1 Resultados da Análise Estrutural ..................................................................................... 15

2.2 Classificação das peças estruturais de acordo com as suas dimensões .......................... 15

2.3 Classificação das peças de acordo com o carregamento ................................................ 16

2.4 Esforços atuantes nas estruturas .................................................................................... 17

2.5 Tipos de solicitações ........................................................................................................ 17

2.6 Convenção de sinais, letras e símbolos ........................................................................... 18

2.7 Classificação quanto ao vínculo de apoio ........................................................................ 18

2.8 Carregamento nas estruturas .......................................................................................... 19

2.9 Condições de equilíbrio ................................................................................................... 19

2.10 Determinação das cargas............................................................................................... 22

3. ESTRUTURAS DE MADEIRA .................................................................................................. 16

3.1 Sobre a estrutura da madeira .......................................................................................... 16

3.2 Anisotropia da madeira ................................................................................................... 16

3.3 NBR 7190:1997 - Projeto de Estrutura de Madeiras ....................................................... 18

3.4 Encaixes diretos em peças de madeira roliça ................................................................. 20

3.5 Madeira serrada .............................................................................................................. 22

4. ESTRUTURAS DE AÇO ........................................................................................................... 25

4.1 Vantagens ........................................................................................................................ 25

4.2 Desvantagens ................................................................................................................... 26

4.3 Aplicações do Aço ........................................................................................................... 27

4.4 Propriedades estruturais do aço ..................................................................................... 27

4.4.1 Diagrama Tensão-Deformação do Aço ................................................................ 28

4.4.2 Elasticidade ........................................................................................................... 29

4.4.3 Plasticidade ........................................................................................................... 29

4.4.4 Ductibilidade ......................................................................................................... 29

4.4.5 Tenacidade ........................................................................................................... 29

4.5 Aços Estruturais ............................................................................................................. 30

4.6 Aços comerciais ............................................................................................................... 31

4.7 Representação gráfica ..................................................................................................... 38

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5. ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO ................................................................................ 43

5.1 Tipos de concretos ........................................................................................................... 43

5.2 O projeto ..............................................................................................................................

5.3 Requisitos de qualidade da estrutura ..................................................................................

5.4 Propriedades do concreto ...................................................................................................

5.4.1 Massa específica .......................................................................................................

5.4.2 Propriedades mecânicas ...........................................................................................

5.4.3 Estrutura interna do concreto ..................................................................................

5.4.4 Agressividade do ambiente ......................................................................................

5.5 Aços para armaduras ...........................................................................................................

5.5.1 Tratamento mecânico dos aços ...............................................................................

5.5.2 Barras e fios ..............................................................................................................

5.5.3 Características mecânicas.........................................................................................

5.5.4 Aderência ..................................................................................................................

5.5.5 Diagrama de cálculo .................................................................................................

5.6 Pré-dimensionamento ........................................................................................................

5.6.1 Pré-dimensionamento ..............................................................................................

5.6.2 Cobrimento da armadura .........................................................................................

5.7 Mecanismos de envelhecimento e deterioração ................................................................

5.7.1 Mecanismos preponderantes de deterioração relativos ao concreto .....................

5.7.2 Mecanismos preponderantes de deterioração relativos à armadura .....................

5.7.3 Mecanismos de deterioração da estrutura propriamente dita ...............................

6. ALVENARIA ESTRUTURAL ..........................................................................................................

7. FORMAS .....................................................................................................................................

7.1 Sistema de fôrmas de madeira ...................................................................................

7.2 Funções das formas .....................................................................................................

7.3 Utilização das formas ..................................................................................................

7.4 Madeiras para formas .................................................................................................

8. BIBLIOGRAFIA ...........................................................................................................................

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9. ANEXOS

A. Conceitos elementares de matemática e física para construção civil

B. Principais NBRs para a construção civil

C. NBR 6120

D. Peso dos Materiais

E. Fórmulas mais utilizadas

F. Tabelas de Aço

G. Tabelas para vigas

H. Tabelas para lajes

I. Modelos de memória de cálculo

J. Modelos de Memorial Descritivo

K. Exercícios

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PARTE I

1 INTRODUÇÃO A PROJETOS ESTRUTURAIS

O profissional de Técnico de Edificações tem como mercado de trabalho atuar na área da construção civil, podendo desenvolver atividades de desenhista, auxiliando o projetista estrutural, ou acompanhando obras civis. O Decreto 90.922/85 regulamenta no seu Art 4:

§ 1º Os técnicos de 2º grau das áreas de Arquitetura e de Engenharia Civil, na modalidade Edificações, poderão projetar e dirigir (executar) edificações de até 80m

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construída, que não constituam conjuntos residenciais, bem como realizar reformas, desde que não impliquem em estruturas de concreto armado ou metálica, e exercer a atividade de desenhista de sua especialidade.

Para tanto, pretende-se com a disciplina de Projetos de Estruturas, familiarizar o profissional em formação dos principais conceitos que envolvem a elaboração de um projeto estrutural, a fim de torná-lo capacitado para as atividades que virá a desenvolver.

Etapas de uma edificação:

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A Engenharia Estrutural trata do planejamento, projeto, construção e manutenção de sistemas estruturais para transporte, moradia, trabalho e lazer. As estruturas são sistemas físicos constituídos de elementos interligados, capazes de receber e transmitir esforços. Cada parte portante da construção, também denominada peça estrutural, deve resistir aos esforços incidentes e transmiti-los a outras peças, através dos vínculos que as unem, com a finalidade de conduzi-los ao solo ou a outro meio externo.

O que se espera de uma edificação?

1.1 Normas Brasileiras Regulamentadoras - NBRs

Um projeto de edificação, independente da técnica, material ou uso, deve atender as normas específicas do sistema construtivo no qual será executado. Norma é um documento estabelecido por consenso e aprovado por um organismo reconhecido, que fornece, para uso comum e repetitivo, regras, diretrizes ou características para atividades ou seus resultados, visando à obtenção de um grau ótimo de ordenação em um dado contexto.

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O Regulamento Técnico estabelece requisitos técnicos, seja diretamente, seja pela referência ou incorporação do conteúdo de uma norma, de uma especificação técnica ou de um código de prática. Um regulamento técnico pode ser complementado por diretrizes técnicas, estabelecendo alguns meios para obtenção da conformidade com os requisitos do regulamento, isto é, alguma prescrição julgada satisfatória para obter conformidade. O processo de regulamentação técnica é o meio pelo qual os governos estabelecem os requisitos de cumprimento compulsório relacionadas principalmente à saúde, segurança, meio ambiente, defesa do consumidor e prevenção de práticas enganosas de comércio. NBR é a sigla de Norma Brasileira Regulamentadora aprovada pela Associação Brasileira de Normas Técnicas, de caráter voluntário, e fundamentada no consenso da sociedade. Torna-se obrigatória quando essa condição é estabelecida pelo poder público. NR é a sigla de Norma Regulamentadora estabelecida pelo Ministério do Trabalho e Emprego, com caráter obrigatório. Nesse material, serão mencionadas as principais normas que regulamentam a elaboração de um projeto de estruturas, todavia existe uma gama muito grande de normas complementares que deverão ser consultadas e observadas.

1.2 NBR 6120 - Cargas para o cálculo de estruturas de edificações

As cargas atuantes nas estruturas é uma das preocupações mais prementes e são regulamentadas pela NBR 6120 - Cargas para o cálculo de estruturas de edificações, que fixa as condições exigíveis para determinação dos valores das cargas que devem ser consideradas no projeto de estrutura de edificações, qualquer que seja sua classe e destino, salvo os casos previstos em normas especiais. Para os efeitos desta Norma, as cargas são classificadas nas seguintes categorias:

a) carga permanente (g): Este tipo de carga é constituído pelo peso próprio da estrutura e pelo peso de todos os elementos construtivos fixos e instalações permanentes. Quando forem previstas paredes divisórias, cuja posição não esteja definida no projeto, o cálculo de pisos com suficiente capacidade de distribuição transversal da carga, quando não for feito por processo exato, pode ser feito admitindo, além dos demais carregamentos, uma carga uniformemente distribuída por metro quadrado de piso não menor que um terço do peso por metro linear de parede pronta, observado o valor mínimo de 1 kN/m2. Na falta de determinação experimental, deve ser utilizada a Tabela 1 para adotar os pesos específicos aparentes dos materiais de construção mais frequentes.

b) carga acidental (q):

É toda aquela que pode atuar sobre a estrutura de edificações em função do seu uso (pessoas, móveis, materiais diversos, veículos etc.).

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1.3 NBR 15575 Desempenho de Edificações Habitacionais

A norma brasileira NBR 15575 Desempenho de Edificações Habitacionais de Até Cinco Pavimentos, estabelece requisitos e critérios de desempenho sob a ótica das necessidades do usuário. Essas exigências, antes subjetivas, tornaram-se requisitos técnicos, com parâmetros determinados. O prazo para adequação de projetos à norma é de seis meses. Assim, a partir de 12 de novembro, todos os projetos protocolados nas prefeituras devem estar de acordo com a Norma de Desempenho. A norma é dividida em seis partes. A primeira delas define as exigências dos usuários, que se transformam em requisitos tais como: segurança (contra incêndio, no uso e na operação), habitabilidade (estanqueidade, conforto térmico, conforto acústico etc.) e sustentabilidade (durabilidade, manutenibilidade e impacto ambiental). Cada requisito tem critérios mínimos definidos, ou, se for o caso, são indicadas as normas a serem consideradas. A vida útil de projeto e a garantia A norma define o que é a Vida Útil de Projeto (VUP), conceito que difere de prazo de garantia. A VUP é o tempo dentro do qual o edifício e seus sistemas devem atender aos requisitos de desempenho estabelecidos. Já o Prazo de Garantia é o período de tempo no qual a ocorrência de defeitos não pode ser justificada por mau uso ou envelhecimento natural, garantido pelo construtor ou incorporador. O projeto do edifício deve especificar a VUP para cada um dos sistemas que o compõe (estrutura, cobertura, vedação vertical externa etc.). Os sistemas do edifício devem ser adequadamente detalhados e especificados em projeto, de modo a possibilitar a avaliação da vida útil. Os prazos mínimos de VUP para cada sistema da edificação são definidos conforme a tabela 1. Desse modo, as estruturas, independentemente de sua constituição, deverão apresentar uma vida útil de projeto de, no mínimo, 40 anos.

Tabela 14.1* da NBR 15575-1:2013 — Vida Útil de Projeto (VUP):

Sistema VUP mínima (anos)

Estrutura 50 segundo ABNT NBR 8681-2003

Pisos internos 13 Vedação vertical externa 40 Vedação vertical interna 20 Cobertura 20 Hidrossanitário 20

A avaliação do critério de durabilidade é feita pela verificação do cumprimento das exigências estabelecidas em normas brasileiras que estejam relacionadas com a durabilidade dos sistemas do edifício. Exemplos de tais normas são a NBR 6118 (para as estruturas de concreto) e a NBR 8800 (para as estruturas de aço e estruturas mistas aço-concreto). A verificação pode ser feita, ainda, pela comprovação, por ensaios, da durabilidade dos elementos e componentes dos sistemas, ou, ainda, pela análise de campo, utilizando a inspeção de protótipos.

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1.4 Principais NBRs para construções em madeira

Construções em madeira são reguladas pelas NBRs: NBR 7190:1997 – Projeto de Estruturas de Madeira. NBR15696:2009 – Fôrmas e escoramentos para estruturas de concreto - Projeto, dimensionamento

e procedimentos executivos.

1.5 Principais NBRs para construções em aço ou mistas

Edificações em aço são reguladas pelas NBRs: NBR 8800:2008 – Projeto de Estruturas de Aço e de Estruturas Mistas de Aço e Concreto de

Edifícios. NBR 14762:2001 – Dimensionamento de estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio –

Procedimento. NBR 16239:2013 – Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de

edificações com perfis tubulares. NBR 15980:2011 – Perfis laminados de aço para uso estrutural — Dimensões e tolerâncias. NBR 14323:2013 – Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de

edifícios em situação de incêndio.

1.6 Principais NBRs para construções em concreto armado

Projetos em concreto armado e/ou protendido têm como principal norma a NBR 6118, cuja última atualização foi publicada em Abril/2014 e será a base desta apostila, todavia, um profissional da construção civil, inclusive o técnico, deve estar atendo as demais normas, como por exemplo:

2 ANÁLISE ESTRUTURAL

O comportamento estrutural é caracterizado por: • Deslocamentos e deformações

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• Esforços internos (momentos fletores, esforços normais, esforços cortantes, etc.) e tensões • Reações de apoio

Para determinar os esforços atuantes, é necessário classificar a edificação quanto às formas geométricas e as vinculações existentes entre elas.

2.1 Esforços atuantes nas estruturas

Para seguir adiante: Verifique os conceitos do Anexo A

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2.2 Classificação das peças estruturais de acordo com as suas dimensões que podem ser

BLOCOS, FOLHAS, BARRAS e CASCAS

Os blocos possuem as três dimensões com valores da mesma ordem de grandeza.

Ex.: blocos de fundações

As folhas possuem uma das dimensões com valor muito inferior ao das outras duas. Destacam-se as lajes, as paredes estruturais e as cascas de cobertura.

Ex.: lajes e paredes

As barras possuem uma das dimensões com valor muito superior as das outras duas. Destacam-se as vigas e os pilares. Essa categoria pode, ainda ser subdividida em barras sólidas e barras com paredes delgadas, sendo as barras de concreto, geralmente pertencente a primeira divisão e as barras metálicas à segunda.

Ex.: vigas e pilares Barra sólida Barra de paredes

delgadas

Cascas apesar de também serem consideradas folhas, tem tratamento diferenciado, pois são estruturas de superfície curva com grande resistência a esforços normais à sua secção, e também a esforços de flexão. As cascas cilíndricas geradas pelo deslocamento do arco são também chamadas de abóbadas. A superfície gerada pelo giro do arco em torno de seu eixo é chamada de cúpula. Em ambos os casos, a espessura reduzida confere à estrutura um peso muito pequeno e a forma curva lhes dá um enrijecimento muito grande. Ex.: cúpulas de coberturas

Palácio das Artes (Oscar Niemeyer) Los Manantiales Xochimilco México 1958

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2.3 Classificação das peças de acordo com o carregamento

As peças estruturais são também classificadas quanto ao modo de aplicação do carregamento. Citam-se, entre outras: placas ou lajes, chapas ou paredes estruturais, vigas e pilares.

PLACAS OU LAJES CHAPAS OU PAREDES

ESTRUTURAIS VIGAS PILARES

São folhas que sofrem carregamento perpendicular à face formada pelas duas maiores dimensões.

São folhas que sofrem carregamento paralelo à face formada pelas duas maiores dimensões.

São barras que sofrem predominantemente, carregamento transversal ao seu eixo.

São barras que sofrem predominantemente, carregamento axial.

2.4 Tipos de solicitações:

2.5 Convenção de sinais e letras e símbolos:

2.6 Classificação quanto ao vínculo de apoio (movimentos impedidos/reações):

Exemplos:

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2.7 Carregamentos nas estruturas

As estruturas, após identificadas o modelo real, são estudadas a partir de seu modelo estrutural e ao diagrama de corpo livre ao qual correspondem: Carga concentrada

Carga uniformemente distribuída

Carga triangular

Carga trapezoidal

Momento aplicado ou carga momento

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Legendas mais usadas:

P = carga concentrada q = carga distribuída F = força FR = força de reação l = vão

DCL = diagrama de corpo livre DEC = diagrama do esforço cortante DMF = diagrama do momento fletor

F = somatório de forças

M = momento H = horizontal (normal) V = vertical (cortante) R = reação

2.8 Condições de equilíbrio

As peças estruturais , bem como todo o conjunto da construção, devem estar em equilíbrio, isto é, a resultante de todas as forças agentes em um corpo deve ser nula e o momento provocado por essas forças, em qualquer ponto do corpo, também deve ser nulo. As equações resultantes da imposição do equilíbrio denominam-se equações universais da estática. No caso de estruturas planas, são três equações e, no de estruturas espaciais, as equações são em número de seis. Segundo a terceira lei de Newton, a ação de um corpo sobre outro, provoca no primeiro, uma reação de igual intensidade e na mesma direção, porém, de sentido contrário, denominada no caso das estruturas, de reação vincular, reação de apoio ou simplesmente reação. Se todas as forças externas aplicadas num corpo rígido, somadas num ponto qualquer, produzem força resultante e binário resultante nulos, conclui-se que a força resultante e o binário resultante também serão nulos em qualquer outro ponto. Equilíbrio esse que pode ser estático (objeto em repouso) ou cinético (objeto com movimento linear uniforme). Assim sendo, as condições para que um corpo rígido esteja em equilíbrio é a soma das forças seja nula e que a soma dos momentos das forças, em relação a um ponto qualquer, seja nula.

Binário (português-europeu) ou torque (português-brasileiro), momento de alavanca ou simplesmente momento (deve-se evitar este último termo, pois o mesmo pode referir-se também ao momento angular, ao momento linear ou ao momento de inércia), é uma grandeza vetorial da física.

Resumindo, são 03 as condições de equilíbrio:

→∑ ∑

∑

Voltando ao exemplo dado no Anexo A:

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Vamos verificar se o sistema está em equilíbrio:

Modelo estrutural Diagrama de corpo livre

Encontrando a Força de reação (FR): O sistema de apoio dessa estrutura é de 2ª ordem e tem duas forças de reações (Fx e Fy) .

∑

( ) ( )

Encontrando os momentos fletores atuantes: Dados do problema: O que sabemos:

MA=? MB=?

PA= 5kg x 10 m/s² = 50N PB= 10kg x 10 m/s² = 100N

a=4,00m b=2,00m

MA=PA.a MB=PB.b

Resultantes se analisados os balanços separadamente: MA=PA.a MB=PB.b

MA= 50N x 4m = 200N.m MB= 100N x 2m = 200N.m

Nessa situação, o MA vale 200N.m e o MB resultou também em 200N.m. Para que o sistema esteja em equilíbrio, as reações, ou seja, os apoios nesse caso, devem ser nulos as forças atuantes. Vamos verificar utilizando as equações universais da estática:

Lembrando: Aplicando-se a teoria: MA= + MB= - então: MA= + 200N.m MB= - 200N.m

∑

∑

∑ ( ) ( )

∑ →

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2.9 Determinação das Cargas:

A NBR 6120 - Cargas para o cálculo de estruturas de edificações, que fixa as condições exigíveis para determinação dos valores das cargas que devem ser consideradas no projeto de estrutura de edificações, qualquer que seja sua classe e destino, salvo os casos previstos em normas especiais.

Para seguir adiante: Faça os exercícios 47 ao 55 do Anexo K