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- de maneira geral, uma construção é concebida para atender a determinadas finalidades.
- a sua implantação envolve a utilização dos mais diversos materiais: o concreto armado, as alvenarias de tijolos ou blocos, as esquadrias metálicas e de madeira, os revestimentos, o telhado, as instalações elétricas e hidráulicas, etc.
Figura 1 - Fachada de um edifício de concreto armado
Devem ser considerados vários aspectos no projeto de uma construção:
- Projeto de Arquitetura aspectos ligados à estética e à funcionalidade de uso;
- Projeto de Estruturas aspectos relativos à sua segurança;
- (^) Projeto das Instalações – aspectos que envolvem instalações elétricas e hidráulicas.
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Projeto Estrutural
Normalmente, os materiais utilizados em uma construção podem ser divididos em dois conjuntos:
- partes “resistentes” constituindo a estrutura da construção, responsável pela resistência e estabilidade da construção;
- partes “consideradas não resistentes” constituindo o enchimento da construção, responsáveis pela forma e pelo aspecto da construção (as alvenarias, as esquadrias e os revestimentos).
A estrutura é composta de elementos lineares ( vigas e pilares ), bidimensionais ( lajes ) e tridimensionais ( blocos de estacas das fundações ).
O projeto estrutural, normalmente, compõe-se das seguintes etapas:
• concepção estrutural
• análise estrutural
• síntese estrutural
que se interagem para gerar o projeto da estrutura.
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Piso Elementar
composto de uma laje, quatro vigas e quatro pilares.
Figura 3.1 - Piso elementar
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Elementos estruturais de fundação
São elementos tridimensionais que transferem ao solo as cargas provenientes dos pilares, considerando as características mecânicas envolvidas. As fundações podem ser classificadas em:
- diretas ou rasas quando a transferência de carga se der a pequena profundidade. Neste caso, o elemento estrutural de fundação que distribui a carga do pilar para o solo chama-se sapata direta ;
- profundas em estacas ou em tubulão , quando a transferência de carga se der a “grande” profundidade. Neste caso, o elemento estrutural de fundação que transfere a carga do pilar para as estacas ou tubulões chama-se bloco.
Figura 3.2 - Elementos de fundação
Elementos estruturais complementares
São os elementos estruturais que completam a estrutura do edifício e que, normalmente, são formados por uma combinação dos elementos estruturais básicos.
escadas, caixa d’água, muro de arrimo, vigas-paredes,...
7 Diretrizes gerais
- atender às condições estéticas definidas no projeto arquitetônico; como, em geral, nos edifícios correntes, a estrutura é revestida, procura-se embutir as vigas e os pilares nas alvenarias;
- o posicionamento dos elementos estruturais na estrutura da construção pode ser feito com base no comportamento primário dos mesmos; as lajes são posicionadas nos pisos dos compartimentos para transferir as cargas dos mesmos para as vigas de apoio; as vigas são utilizadas para transferir as reações das lajes, juntamente com o peso das alvenarias, para os pilares de apoio (ou, eventualmente, outras vigas), vencendo os vãos entre os mesmos; e os pilares são utilizados para transferir as cargas das vigas para as fundações;
- a tranferência de cargas deve ser a mais direta possível; deve-se evitar, na medida do possível, a utilização de apoio de vigas importantes sobre outras vigas (chamadas apoios indiretos), bem como, o apoio de pilares em vigas (chamadas vigas de transição);
- os elementos estruturais devem ser os mais uniformes possíveis, quanto à geometria e quanto às solicitações; as vigas devem, em princípio, apresentar vãos comparáveis entre si;
- as dimensões contínuas da estrutura, em planta, devem ser, em princípio, limitadas a cerca de 30 m para minimizar os efeitos da variação de temperatura ambiente e da retração do concreto; em construções com dimensões em planta acima de 30 m, é desejável a utilização de juntas estruturais ou juntas de separação que decompõem a estrutura original, em um conjunto de estruturas independentes entre si, para minimizar estes efeitos;
- a construção está sujeita a ações (por exemplo o efeito do vento ) que acarretam solicitações nos planos verticais da estrutura; estas solicitações são, normalmente, resistidas por “pórticos planos”, ortogonais entre si, os quais devem apresentar resistência e rigidez adequadas; para isso, é importante a orientação criteriosa das seções transversais dos pilares; também, é importante lembrar, a necessidade da estrutura apresentar segurança
8 adequada contra a estabilidade global da construção, em geral, conseguida através da imposição de rigidez mínima às seções transversais dos pilares.
Pré-dimensionamento
dos elementos estruturais
Lajes
São, normalmente, de forma retangular de lados (^) x e (^) y ≥ (^) x (vãos teóricos correspondentes às distâncias entre os eixos das vigas opostas de apoio da laje). Os tipos usuais são: maciça, cogumelo, nervurada e mista (aqui incluída a laje de vigotas premoldadas). Apresentam-se, a seguir, as regras para as lajes maciças usuais de edifícios sujeitas a cargas distribuidas uniformes.
A espessura da laje (h) pode ser estimada em h ≅≅≅≅ 2,5% (^) x. Recomenda-se a adoção de espessuras mínimas em função do uso da laje:
5 cm para lajes de forro; 7 cm para lajes de piso; 12 cm para lajes sujeitas a passagem de veículos.
Essas espessuras mínimas sugerem vãos mínimos. Assim, para lajes maciças de piso tem-se, em princípio, (^) x ≥ 0,07 / 0,025 = 2,8 m.
Costuma-se adotar espessuras inteiras em cm (7 cm, 8 cm, etc.).
Pode-se ter paredes construidas diretamente sobre a laje, principalmente quando estas paredes são pequenas e leves (paredes internas). Esta situação ocorre em compartimentos pequenos.
10 Laje L3: (^) x = 213 + 12 = 225 cm (o menor dos lados) y = 378 + 12 = 390 cm h ≅ (2,5%) (^) x = 0,025. 225 = 5,6 cm → 7 cm (piso).
Vigas
São, normalmente, de seção transversal retangular ( b (^) w x h ) e posicionadas nas paredes, as quais suportam. Em geral, a espessura da viga ( b (^) w ) fica embutida na parede. Assim, tem-se a espessura bw , descontando-se as espessuras de revestimento (c (^) rev, da ordem de 0,5 cm a 1,5 cm) da espessura da parede acabada (ealv ). b (^) w = ealv - 2 crev Normalmente, os tijolos cerâmicos e os blocos de concreto tem espessuras (e (^) tij ) de 9 cm, 14 cm e 19 cm (ealv = e (^) tij + 2 c (^) rev).
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Figura 4.3 - Viga
A fig. 4.4 mostra a seção de viga embutida na alvenaria.
Figura 4.4 - Seção transversal de viga
A altura ( h ) da seção transversal da viga pode ser estimada em (! / 10 ) a (! / 25 ), onde !é o vão da viga
(normalmente, igual a distância entre os eixos dos pilares de apoio).
Nas vigas contínuas de vãos comparáveis (relação entre vãos adjacentes entre 2/3 e 3/2 ), costuma- se adotar altura única estimada através do vão médio ! (^) médio.
No caso de vãos muito diferentes entre si, deve-se adotar altura própria para cada vão como se fossem independentes.
ealv
h
PD
parede emalvenaria: podeconter: janelas e
bw viga
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Pilares
São, normalmente, de seção retangular posicionados nos cruzamentos das vigas, permitindo
apoio direto das mesmas, e nos cantos da estrutura da edificação.
Figura 4.6 - Pilares Os espaçamentos dos pilares constituem os vãos das vigas, resultando, em geral, valores entre 2,5m a 6m. No posicionamento dos pilares, devem ser compatibilizados os diversos pisos, procurando manter a
continuidade vertical dos mesmos até a fundação de
14 modo a se evitar , o quanto possível, a utilização de vigas de transição (pilar apoiado em viga).
Nos pilares de seção retangular de dimensões (b x
h), recomenda-se b ≥ 20 cm com b ≤ h. Pode-se adotar,
também, seção retangular com b ≥ 12 cm (em geral nos pilares internos) ou seções compostas de retângulos, cada um com b ≥ 12 cm, em forma de “L”, “T”, etc.
Figura 4.7 - Viga de transição
Para efeito de pré-dimensionamento, a área da seção transversal A (^) c pode ser pré-dimensionada através da carga total (P (^) tot) prevista para o pilar.
16 Figura 4.8 - Pilar interno (P5)
Como exemplo, considere-se o (^) pilar P 5 :
área de influência no andar tipo = 3 m por 3 m; número de andares = 10; carga média de piso: pmed = 10 kN/m 2 ; σadm = 1 kN/cm^2 ; seção retangular com b = 20 cm.
Tem-se: A (^) tot = 10 x (3 x 3) = 90 m 2 ; P (^) tot = A (^) tot p (^) med = 90 x 10 = 900 kN
A (^) c = P (^) tot / σadm = 900 / 1,0 = 900 cm 2 ; h = A (^) c / b = 900 / 20 = 45 cm.
Figura 4.9 - Predimensionamento da seção de pilar
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A seção do pilar deve ser mantida constante ao longo de um lance (entre pisos consecutivos) e pode variar ao longo de sua altura total.
Esta variação pode ser feita a cada grupo de 2 ou 3 andares.
Quando, por qualquer motivo, a seção for mantida constante ao longo da altura total, ela pode ser predimensionada no ponto mais carregado, adotando-se
σσσσ adm em torno de 1,3 kN/cm^2.
Em princípio, adotam-se para as dimensões do pilar, múltiplos de 5 cm (20 cm, 25 cm, etc.).
As seções dos pilares devem ser posicionadas de modo a resistir aos esforços horizontais (provocados, por exemplo, pelo vento, temperatura, etc) e a garantir uma rigidez horizontal adequada, principalmente, contra a instabilidade global da construção.
Particularmente, em edifícios altos, recomenda-se a utilização de alguns pilares com a função de garantir a estabilidade da estrutura.
Estes, constituem os pilares de contraventamento.
19 Desenhos de Estrutura
Figura 5.1 - Planta de arquitetura do andar tipo
A representação gráfica da estrutura é feita por meio de dois tipos de desenho:
- (^) desenho de forma;
- desenho de armação.
20 Desenho de Formas
Os desenhos de formas definem completamente as características geométricas da estrutura. As diretrizes específicas para a elaboração destes desenhos são:
a locação consiste na definição de eixos de referência, principais e secundários, em relação aos quais a estrutura se posicionará observando, rigorosamente, as medidas prescritas no projeto arquitetônico. Os eixos de locação da estrutura são, em geral, eixos característicos da construção e as divisas do terreno onde a mesma será implantada. Isto permitirá que, pronta a estrutura, as vedações e os acabamentos da construção possam ser implantados exatamente nos locais previstos no projeto arquitetônico;
- definição dos elementos estruturais
com base no esquema da estrutura são detalhados todos os elementos estruturais;
na elaboração dos desenhos de formas, é importante que sejam bem definidas as posições relativas das lajes e vigas. Esses cortes, portanto, mostram a existência de lajes rebaixadas e vigas invertidas;
