SISTEMAS ESTRUTURAIS

EMENTA:

Fixar conceitos relativos concepo e clculo estrutural para projetos arquitetnicos e execuo de obras de concreto armado.Conhecer os elementos que compem os sistemas estruturais em concreto armado.Conhecer os tipos de estruturas que podem ser utilizados em diversos tipos de edificaes.Pr-dimensionar Elementos Estruturais de Concreto

Conceber Tipologias Estruturais em Concreto Armado para Aplicaes em Projetos Arquitetnicos de Obras Civis.

CONTEDO PROGRAMTICO

1) Estudo de vigas critrios de clculo e pr-dimensionamento.2) Estudo de pilares critrios de clculo e pr-dimensionamento.3) Estudo de lajes critrios de clculo e pr-dimensionamento.4) Estrutura de edifcios ncleo de rigidez e efeitos do vento.5) Edificaes de alvenaria estrutural Projeto, modulaes e especificaes.

BIBLIOGRAFIA:

Carvalho, R.C.; Pinheiro, L.M. Clculo e Detalhamento de Estruturas Usuais de Concreto Armado, Volume 1 e 2, 1a Edio, Editora PINI, So Paulo, 2009. Fusco, P. B. Tcnica de Armar as Estruturas de Concreto, 1a Edio, Editora PINI, So Paulo, 1995-2006. Leonhardt, F.; Monnig, E. Construes de Concreto, Volumes (1, 2, 3, 4, 5 e 6), Editora Intercincia, Rio de Janeiro, 1983.

1. INTRODUO

1.1 Conceitos Fundamentais

Concreto igual mistura de gua, cimento, agregado grado e agregado mido.

A forma como estes elementos se associam so definidas como a seguir:

Pasta: gua e cimento; Argamassa: pasta e agregado mido; Concreto: argamassa e agregado grado; Microconcreto: onde o agregado grado se encontra em dimenses reduzidas; Concreto de alto desempenho: concreto em que o Fck superior a 40 MPa, chamado anteriormente de concreto de alta resistncia, nome alterado por causa da melhoria de outras propriedades e aumentar a durabilidade da estruturas. Necessrio incorporar nele microslica e aditivos qumicos.

O concreto possui alta resistncia compresso e baia resistncia trao (1/10 do valor de compresso).

1.2 Definio

Elementos Estruturais so peas que compem uma estrutura, de modo geral possuem uma ou duas dimenses preponderante sobre as outras.Sistema Estrutural pode ser definido como a forma que estes elementos so associados.Alguns comportamentos dependem somente dessa associao e no do material utilizado.Uma anlise completa da associao destes elementos so muito complexas, e por este motivo utilizado para o clculo a tcnica de discretizao.Discretizao tcnica que se desmembra a estrutura em elementos cujos comportamentos possam ser admitidos como j conhecidos e de fcil estudo.

1.3 Normas Tcnicas

NBR 6118:2014 (cancela e substitui a verso de 2007): projeto de estrutura de concreto procedimentosNBR 6120:1980 (verso corrigida de 2000): cargas para clculo de estrutura de edificaes - procedimentosNBR 8681:2003 (verso corrigida de 2004): aes e segurana nas estruturas - procedimentosNBR 6123:1988 (verso corrigida 2 de 2013): foras devidas ao vento em edificaes procedimentosNBR 14931:2004: execuo de estruturas de concreto procedimentosNBR 9062:2006: projeto e execuo de estruturas de concreto pr-moldadoNBR 15200:2012: projeto de estruturas de concreto em situao de incndioNBR 15421:2006: projeto de estruturas resistentes a sismos procedimentoNBR 7480:2007: Barras e fios de ao destinados a armaduras para concreto armado

1.4 Preocupaes para garantir a durabilidade do projeto Identificar a regio em que a estrutura ser construda e e que condies ser utilizada, definindo a classe de agressividade ambiental (CAA) e a classificao de acordo com a Tabela 6.1 da NBR 6118:2014; Definir, a partir do CAA, o valor mnimo de resistncia caracterstica do concreto (fcK) e o valor mximo do fator gua/cimento (A/C), fornecido pela Tabela 7.1 da NBR 6118:2014; Por meio da CAA, determinar o cobrimento mnimo da armadura que deve ser empregado, tabela 7.2 da NB 6118:2014; Identificar o uso do edifcio cuja estrutura ser calculada; assim, fica definido o valor de 1 (psi )fornecido pela Tabela 11.2 da NBR 6118:2014 Verificar se a abertura de fissuras atende aos limites prescritos.

2. LAJES

2.1 Tipos de lajes

Lajes Pr-moldadas: Lajes nervuradas com vigotas pr-moldadas referem-se s lajes utilizadas para vencer pequenos e mdios vos e cargas no muito elevadas (laje trilho ou laje treliada/tipo trelia). Podem ser protendidas. Formadas por elementos pr-moldados chamados de vigotas e por lajotas cermicas ou isopor. Lajes pr-moldadas tipo ou duplo T. Lajes pr-moldadas alveolaresAs lajes nervuradas geralmente so unidirecionais, podendo possuir algumas nervuras transversais perpendiculares s nervuras principais ou ser bidirecionais.A vigotas pr-fabricadas podero ser executadas industrialmente ou mesmo nos canteiros de obra.

Lajes macias So placas macias de concreto que distribuem suas reaes em todas as vigas de contorno, dependendo apenas dos vos e das condies do contorno. Vantagem sobre as pr-moldadas que permitem que todas as tubulaes eltricas e outros tipos de instalaes podem ser colocadas antes da concretagem. A relao entre a sua altura e o menor vo da laje de pavimentos de edifcios varia de 1/40 a 1/60. Quando possurem espessura maior do que 1/3 do vo devem ser calculadas como placas espessas. Quando a relao entre o maior vo e o menor vo da laje for menor ou igual a 2 considera-se que a laje trabalha em duas direes, e, quando esta relao foi superior a 2 considera-se que a laje trabalha somente em uma direo. Lajes nervuradas moldadas no local Reduz o consumo de concreto Para reduzir o consumo de formas so utilizados moldes de plstico reforado. So chamadas de normas aquelas em que as nervuras so inferiores e as invertidas as nervuras so superiores. Nas lajes nervuradas duplas as nervuras ficam situadas entre duas mesas de concreto. Lajes nervuradas meio tubo so aquelas em que o espao entre as nervuras tem formato de meia circunferncia. Lajes nervuradas estrutubo, so aquelas onde o espao entre as nervuras forma uma circunferncia (alveolar)

Lajes lisas

So lajes apoiadas diretamente sobre pilares sem capitel.

Lajes cogumelo So lajes apoiadas diretamente sobre os pilares com capitel.

3. PR DIMENSIONAMENTO DE LAJES MACIAS

O pr dimensionamento dos elementos estruturais necessrio para que se possa calcular o peso prprio da estrutura, que a primeira parcela considerada no clculo das aes.O conhecimentos destas dimenses permite determinar os vos e as rigidezes necessrias no clculo da ligao dos elementos.3.1 Espessura das Lajes (h)Conforme a NBR 6118:2014 nas lajes macias devem ser respeitados os seguintes limites mnimos para a espessura: a) 7 cm para cobertura no em balano;b) 8 cm para lajes de piso no em balano; c) 10 cm para lajes em balano; d) 10 cm para lajes que suportem veculos de peso total menor ou igual a 30 kN; e) 12 cm para lajes que suportem veculos de peso total maior que 30 kN; f) 15 cm para lajes com protenso apoiadas em vigas, com o mnimo de 42 para lajes de piso bi-apoiadas e 50 para lajes de piso contnuas; g) 16 cm para lajes lisas e 14 cm para lajes-cogumelo, fora do capitel.

3.2 - Cobrimento da armadura (c)Conforme a NBR 6118:2014 em seu define que o cobrimento mnimo d uma armadura o menor valor que deve ser respeitado ao longo de todo elemento considerado.Para garantir o cobrimento mnimo (cmin), o projeto e a execuo devem considerar o cobrimento nominal (cnom), que o cobrimento mnimo acrescido da tolerncia de execuo (c). Assim , a dimenses das armaduras e os espaadores devem respeitar os cobrimentos nominais, estabelecidos na Tabela 7.2, para c = 10mm. Nas obras correntes o valor deve ser maior ou igual a 10mm.Com controle adequado de qualidade e limites rgidos de tolerncia da variabilidade da medidas durante a execuo , pode ser adotado o valor de 5mm, mas a exigncia de controle rigoroso deve ser explicitada no projeto.

cnom = cmin + c

3.3 Classe de Agressividade do Ambiente (CAA)A NBR 6118:2014 define que a agressividade do meio ambiente est relacionada s aes fsicas e qumicas que atuam sobre as estruturas de concreto, independentemente das aes mecnicas, das variaes volumtricas de origem trmica, da retrao hidrulica e outras previstas no dimensionamento das estruturas.Nos projetos das estruturas correntes, a agressividade ambiental deve ser classificada de acordo com o apresentado na Tabela 6.1

A NBR 6118:2014 tambm define que os ensaios comprobatrios de desempenho da durabilidade da estrutura frente ao tipo e classe de agressividade prevista em projeto devem estabelecer os parmetros mnimos a serem atendidos. Na ausncia destes e devido forte correspondncia entre a relao gua/cimento e a resistncia compresso do concreto e sua durabilidade, permite-se que sejam adotados os requisitos mnimos expressos na Tabela 7.1

3.4 A espessura das lajes pode ser obtida com a expresso (Figura 5.1):

h d c 2

Onde:d = altura til da laje = dimetro das barrasc = cobrimento nominal da armadura

Figura 5.1 - Seo transversal da laje

3.5 Altura til da laje

Para lajes com bordas apoiadas ou engastadas, a altura til pode ser estimada por meio da seguinte expresso:

dest = (2,5 0,1 x n) . l*/100

lxl* 0,7 ly

n nmero de bordas engastadas

l x = menor vol y = maior vo

Para lajes com bordas livres, como as lajes em balano, deve ser utilizado outro processo.

4. PR DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS

Uma estimativa grosseira para a altura das vigas dada por:

tramos internos:hest =l0/12tramos externos ou vigas biapoiadas:hest =l0/10balanos:hest =l0/5

Num tabuleiro de edifcio, no recomendvel utilizar muitos valores diferentes para altura das vigas, de modo a facilitar e otimizar os trabalhos de cimbramento (= escoramento). Usualmente, adotam-se, no mximo, duas alturas diferentes. Tal procedimento pode, eventualmente, gerar a necessidade de armadura dupla em alguns trechos das vigas.

5. PR DIMENSIONAMENTO DOS PILARES

A NBR 6118:2014 define as dimenses mnimas para a seo transversal de pilares e pilares-parede macios, qualquer que seja a sua forma, no pode apresentar dimenso menor que 19 cm.Em casos especiais, permite-se a considerao de dimenses entre 19 cm e 14 cm, desde que se multipliquem os esforos solicitantes de clculo a serem considerados no dimensionamento por um coefi ciente adicional n, de acordo com o indicado na Tabela 13.1. Em qualquer caso, no se permite pilar com seo transversal de rea inferior a 360 cm2.

Inicia-se o pr-dimensionamento dos pilares estimando-se sua carga, por exemplo, atravs do processo das reas de influncia.Este processo consiste em dividir a rea total do pavimento em reas de influncia, relativas a cada pilar e, a partir da, estimar a carga que eles iro absorver.A rea de influncia de cada pilar pode ser obtida dividindo-se as distncias entre seus eixos em intervalos que variam entre 0,45l e 0,55l, dependendo da posio do pilar na estrutura, conforme o seguinte critrio (ver Figura 5.3):

Figura - reas de influncia dos pilares

0,45l: pilar de extremidade e de canto, na direo da sua menor dimenso;0,55l: complementos dos vos do caso anterior;

0,50l: pilar de extremidade e de canto, na direo da sua maior dimenso.

No caso de edifcios com balano, considera-se a rea do balano acrescida das respectivas reas das lajes adjacentes, tomando-se, na direo do balano, largura igual a 0,50l, sendo l o vo adjacente ao balano. Convm salientar que quanto maior for a uniformidade no alinhamento dos pilares e na distribuio dos vos e das cargas, maior ser a preciso dos resultados obtidos. H que se salientar tambm que, em alguns casos, este processo pode levar a resultados muito imprecisos.Aps avaliar a fora nos pilares pelo processo das reas de influncia, determinado o coeficiente de majorao da fora normal () que leva em conta as excentricidades da carga, sendo considerados os valores:

= 1,3 pilares internos ou de extremidade, na direo da maior dimenso;

= 1,5 pilares de extremidade, na direo da menor dimenso;

= 1,8 pilares de canto.

A seo abaixo do primeiro andar-tipo estimada, ento, considerando-se compresso simples com carga majorada pelo coeficiente , utilizando-se a seguinte expresso:

Ac = __30 x A x( n +0 ,7 )__ fck +0 ,01 x( 69,2 fck )

Ac = b x h rea da seo de concreto (cm2)

coeficiente que leva em conta as excentricidades da carga A rea de influncia do pilar (m2)n nmero de pavimentos-tipo

(n+0,7) nmero que considera a cobertura, com carga estimada em 70% da relativa ao pavimento-tipo.fck resistncia caracterstica do concreto (kN/cm2)

A existncia de caixa dgua superior, casa de mquina e outros equipamentos no pode ser ignorada no pr-dimensionamento dos pilares, devendo- se estimar os carregamentos gerados por eles, os quais devem ser considerados nos pilares que os sustentam.Para as sees dos pilares inferiores, o procedimento semelhante, devendo ser estimadas as cargas totais que esses pilares suportam.

6. CONCEPO ESTRUTURAL

6.1 Pilares

1. Locar os pilares de canto;2. Seguir para as reas comuns a todos os pavimentos (escada e elevadores);3. Locar os pilares de extremidade e internos: imposies do projeto de arquitetura/embutir em paredes;4. Dar preferncia ao alinhamento dos pilares para a formao de prticos e facilitar a locao (estabilidade global do edifcio);5. Prever a distancia entre pilares de 4 m a 6 m (espaamento econmico);6. Resultar vigas com mesma ordem de grandeza ( ~20%)7. A utilizao de balanos aliviam o vo central;8. Verificar interferncias nos demais pavimentos (garagens, reas sociais, etc.);9. Evitar pavimentos de transio;10. Dimenso dos pilares X espessura da alvenaria;11. Evitar encontro entre vigas.

6.2 Vigas e Lajes

1. Dispor as vigas ligando os pilares, formando prticos;2. Inserir vigas para dividir um painel de laje com grandes dimenses;3. Da mesma forma, para evitar que uma parede divisria se apoie na laje;4. Largura de vigas X espessura da alvenaria;5. Altura da viga X locao das esquadrias;6. Pode-se utilizar vigas invertidas em funo da interferncia esttica;7. E interessante que as lajes tenham dimenses semelhantes;8. Valor econmico do menor vo das lajes: 3,5 m a 5,0 m;9. Verificar a necessidade de vigas-faixa;10.Para maiores vo utilizar outras solues: laje nervurada, protendida, etc.;11. Laje pr-moldada: dispor as vigotas no menor vo;12. Utilizar vigas para travamento de pilares, se necessrio;13.Prever a reutilizao de formas

6.3 Edifcios Altos

Mesmas regras para lanamento e pr-dimensionamento; Solicitao ao vento origina novos esforos e novo comportamento; Efeito considervel ~> 6 pavimentos; Lajes = diafragmas; Estruturas de contraventamento; Dimenses semelhantes das vigas e pilares; Estrutura de contraventamento e estrutura contraventada.

6.4 Lajes em balano

No dimensionamento das lajes em balano, os esforos solicitantes de clculo a serem considerados devem ser multiplicados por um coeficiente adicional n, de acordo com o indicado na Tabela 13.2.

12Regina Lcia Costa Dias CREA 42.411/D