Trabalho sobre Projeto Estrutural

Trabalho sobre Projeto Estrutural

(Parte 1 de 5)

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ALINE PAULA ASSMAN

ANA CAROLINA CURVINA UBALDO

JACKSON

JÉSSICA KLEMM NUERNBERG

PRISCILA DALMAGRO PENNA

PROJETO ESTRUTURAL

Pato Branco, Abril de 2010.

Ministério da Educação

Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Campus Pato Branco

Curso de Engenharia Civil

PROJETO ESTRUTURAL

Trabalho apresentado na disciplina de Introdução à engenharia, como avaliação referente ao 1º semestre. Professor: Rogério Carrazedo

Pato Branco, Abril de 2010.

RESUMO

Este trabalho aborda o conceito de estruturas para a engenharia, assim como os elementos estruturais indispensáveis num projeto, que envolve vigas, pilar, lajes, treliças, cabos e arcos, ou uma mistura destes. Inclui, também, os diferentes materiais que podem constituir um projeto estrutural (madeira, aço, concreto armado) e as vantagens e desvantagens de cada um. Abrange as forças atuantes nas estruturas e como agem nos diferentes elementos. Por fim, trás as patologias relacionadas com as estruturas e que representam um fator de risco. O trabalho apresenta textos e figuras referenciadas e tem como intuito o aprendizado e o compartilhamento dos conhecimentos adquiridos.

Palavras-chave: Projeto estrutural. Elementos estruturais básicos. Aço. Concreto Armado. Madeira. Patologias.

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS...........................................................................................5

LISTA DE TABELAS...........................................................................................6

RESUMO 3

3

3

SUMÁRIO 4

SUMÁRIO 4

LISTA DE FIGURAS 6

LISTA DE TABELAS 7

1. INTRODUÇÃO 8

2. DEFINIÇÃO DE ESTRUTURA 9

3. ELEMENTOS ESTRUTURAIS BÁSICOS 9

CABO 9

ARCOS 10

VIGAS 10

PILARES 12

LAJES 13

TRELIÇA 13

4. RELAÇÃO ENTRE SISTEMAS ESTRUTURAIS E OS MATERIAIS 14

5. ESTRUTURAS E AS FORÇAS QUE AGEM SOBRE ELAS 15

5.1. TIPOS DE FORÇAS 15

5.2. DISTRIBUIÇÃO DAS CARGAS NOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS 17

6. ESTRUTURAS DE AÇO 24

HISTÓRIA 24

COMPOSIÇÃO DO MATERIAL 25

VANTAGENS DO USO DE ESTRUTURAS DE AÇO 26

DESVANTAGENS DO USO DE ESTRUTURAS DE AÇO 27

7. ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO 28

RESISTÊNCIA DO CONCRETO 30

TRANSFORMAÇÕES NO CONCRETO 31

AÇO USADO NO CONCRETO ARMADO 32

VANTAGENS E DESVANTAGENS DO CONCRETO ARMADO 32

8. ESTRUTURAS DE MADEIRA 33

9. PATOLOGIAS EM EDIFICAÇÕES 35

LIXIVIAÇÃO 36

TRINCAS, RACHADURAS E FISSURAS 37

10. CONCLUSÃO 42

11. REFERÊNCIAS 43

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1: Estruturas flexíveis (adaptado de SHODEK, 1992) 10

FIGURA 2: Viga em balanço (Fonte: autoria própria). 11

FIGURA 3: Viga biapoiada (Fonte: autoria própria). 11

FIGURA 4: Viga contínua (Fonte: autoria própria) 12

FIGURA 5: Viga Vierendeel. (Fonte: MUBE) 12

FIGURA 6: Distribuição do carregamento nos pilares de um edifício. (Fonte: REBELLO, 2000). 13

FIGURA 7: Modelo de treliça (Fonte: FEC). 14

FIGURA 8: Cálculo da laje sobre a viga (Fonte: autoria própria). 19

FIGURA 9: Laje formada por trapézios e triângulos (Fonte: autoria própria) 20

FIGURA 10: Ponte de Ferro sobre o rio Severn, na Inglaterra. (Fonte: ARQUITETURA DO FERRO) 25

FIGURA 11: Produção do aço. (Fonte: GERDAU) 26

FIGURA 12- Compressão e Tração em Vão Pequeno (Fonte: BOTELLO, 1998) 28

FIGURA 13- Arcos em Vãos Maiores (Fonte: BOTELLO, 1998). 29

FIGURA 14: Seção Transversal da viga (Fonte: BOTELLO, 1998). 29

FIGURA 15 - Seção Longitudinal da viga (Fonte: BOTELLO, 1998). 30

FIGURA 16: Lixiviação. (Fonte: EBANATAW). 37

FIGURA 17: Trincas. (Fonte: EBANATAW) 38

FIGURA 18: Exemplos de trincas a 45º. (Fonte: EBANATAW) 39

LISTA DE TABELAS

TABELA 1: Relação entre os materiais e os sistemas estruturais. (Fonte: REBELLO, 2000) 14

TABELA 2: Resistência a compressão e a tração. (Fonte: GERDAU) 26

1.INTRODUÇÃO

Uma estrutura é criada para servir a um propósito definido. Os requerimentos podem ser para: abrigar um espaço (coberturas), suportar veículos (pontes) e máquinas, ou conter ou reter materiais (silos, barragens). Uma estrutura pode ser projetada com o propósito de trafegar no espaço, estar sobre o terreno ou enterrada, flutuar ou ser submergida.

Para que ela cumpra o seu propósito, distintos objetivos de projetos devem ser especificados e satisfeitos, como por exemplo: segurança, durabilidade, performance em serviço e conforto dos usuários. Além desses, a estética ou aparência da estrutura deve ser seriamente considerada.

De maneira a cumprir com esses e outros objetivos de projeto, devemos ter um entendimento aprofundado do comportamento dos materiais, dos componentes estruturais e do sistema estrutural como um todo. Dentre os mais importantes objetivos de um projeto ressalta-se a segurança estrutural. Rupturas localizadas, distorções excessivas, fadiga do material, flambagem e formação de mecanismos plásticos em um sistema estrutural são inaceitáveis sob quaisquer circunstâncias, já que tais modos de colapso podem resultar em pesadas perdas materiais e, acima de tudo, de vidas humanas.

Além da segurança contra o colapso, uma estrutura deve satisfazer os critérios de utilização, isto é, todos os aspectos de performance devem ser aceitáveis para o uso pretendido. O engenheiro estrutural almeja o melhor uso dos materiais disponíveis e o menor custo possível de construção e manutenção da estrutura.

      O Projeto Estrutural, também chamado de Cálculo Estrutural é o dimensionamento das estruturas, sejam elas de concreto armado, madeira ou aço, que vão sustentar a edificação, transmitindo as suas cargas ao terreno. Elaborado por um engenheiro civil, esse projeto é de fundamental importância, pois é o responsável pela segurança do prédio contra rachaduras (trincas) e desabamentos. Uma estrutura com lajes, vigas, pilares e fundações superdimensionados representa custos altos e não significa obrigatoriamente segurança.

2.DEFINIÇÃO DE ESTRUTURA

À primeira vista a resposta a esta pergunta parece óbvia: estrutura é tudo aquilo que sustenta, tal qual o esqueleto humano. No entanto, o conceito de estrutura é mais amplo e encontra-se em todas as áreas do conhecimento humano.

Segundo Rebello (2000), se perguntarmos a um músico o que ele entende por estrutura, a resposta poderá ter palavras diferentes daquelas ditas por um engenheiro ou um arquiteto, mas a idéia básica será a mesma. Assim, estrutura é um conjunto, um sistema, composto de elementos que se inter-relacionam para desempenhar uma função, permanente ou não.

No caso das edificações, a estrutura é o conjunto de elementos – lajes, vigas e pilar – que se inter-relacionam – laje apoiando em viga, viga apoiando em pilar – para desempenhar uma função: criar um espaço em que pessoas exercerão diversas atividades.

3.ELEMENTOS ESTRUTURAIS BÁSICOS

Os principais tipos de elemento estrutural, de acordo com a geometria e o tipo de esforço suportado, são:

CABO

O cabo, geralmente feito de aço, é uma barra cujo comprimento é predominante, o que o torna flexível, ou seja, não apresenta rigidez nem à compressão nem à flexão. O cabo apresenta resistência apenas quando tracionado, devendo ser usado em situações em que ocorra esse tipo de esforço, como em pontes (REBELLO, 2000).

A Figura 1 demonstra como uma estrutura flexível, como um cabo, muda drasticamente de forma, ao variar do carregamento.

FIGURA 1: Estruturas flexíveis (adaptado de SHODEK, 1992)

ARCOS

Arcos são elementos estruturais bastante usados em obras da engenharia civil devido à sua capacidade de vencer grandes vãos sem colunas intermediárias. Pontes, galpões, hangares e ginásios são alguns exemplos de construções onde se verifica a aplicação desse elemento estrutural (REBELLO, 2000).

VIGAS

As vigas são os elementos da estrutura que recebem as reações das lajes, e eventualmente de outras vigas, e as transmitem para os pilares. São elementos geralmente horizontais, sujeitos a cargas transversais ao seu eixo longitudinal, trabalhando essencialmente à flexão.

As vigas numa estrutura de concreto armado podem ser revestidas ou aparentes. Para edifícios residenciais e comerciais, com freqüência opta-se por esconder a estrutura, ou seja, o revestimento cobre as vigas e pilares.

Há alguns anos atrás, era comum projetar vigas em quase todas as posições de paredes, o que levava a um grande consumo de fôrmas. Atualmente, dado ao custo das fôrmas e à agilidade construtiva, é comum se considerar paredes descarregando seu peso próprio diretamente sobre lajes, o que conduz a estruturas menos recortadas, lajes maiores e menos vigas.

As vigas não precisam descarregar diretamente sobre pilares, podendo existir apoio de viga sobre viga. A viga de maior altura, sendo a de menor vão, tem rigidez muito superior àquela de menor altura, de modo que a menor se apoia na maior, denominada viga principal (UFV, 2010).

A viga é um elemento estrutural que se caracteriza por transmitir cargas verticais ao longo de um vão através de um eixo horizontal. Dessa forma, o vão sob a viga é totalmente livre e aproveitável, o que não ocorre no cabo e no arco, cujos eixos são curvos e limitam parte do espaço sob eles. Graças a essa virtude, a viga é o sistema estrutural mais usado. (REBELLO, 2000)

As edificações basicamente apresentam três tipos de vigas, que diferem na forma em que são ligados aos seus apoios. As vigas podem ser:

  • Viga em balanço ou em console: é uma viga de edificação com um só apoio, como a da Figura 2. Toda a carga recebida é transmite a um único ponto de fixação;

FIGURA 2: Viga em balanço (Fonte: autoria própria).

  • Viga biapoiada ou simplesmente apoiada: diz-se das vigas com dois apoios, representada na Figura 3, que podem ser simples e/ou engastados, gerando-se vigas do tipo simplesmente apoiadas, vigas com apoio simples e engaste, vigas biengastadas;

FIGURA 3: Viga biapoiada (Fonte: autoria própria).

  • Viga contínua: diz-se da viga com múltiplos apoios, de acordo com a Figura 4 (WIKIPÉDIA).

FIGURA 4: Viga contínua (Fonte: autoria própria)

Há, ainda, um tipo especial de viga, chamada Viga Vierendeel, ilustrada na Figura 5. A viga Vierendeel consiste num sistema estrutural formado por barras que se encontram em pontos denominados nós, assim como as treliças. As barras horizontais da viga Vierendeel são chamadas de membruras e as verticais, montantes.

FIGURA 5: Viga Vierendeel. (Fonte: MUBE)

PILARES

Um pilar é um elemento estrutural vertical usado normalmente para receber os esforços verticais de uma edificação e transferi-los para outros elementos, como as fundações. Desta forma, é considerado o elemento estrutural de maior importância dentro do sistema de estruturas (VIDEO LIVRARIA).

A distribuição do carregamento nos pilares de um edifício ocorre conforme a representada na Figura 6.

FIGURA 6: Distribuição do carregamento nos pilares de um edifício. (Fonte: REBELLO, 2000).

A princípio, seria interessante colocar pilares em todos os cruzamentos de vigas, o que faria com que as cargas percorressem o caminho mais curto entre o ponto de aplicação e a fundação. Entretanto, uma estrutura pode se tornar antieconômica e, até mesmo, restritiva sob o ponto de vista funcional, caso sejam projetados pilares muito próximos uns dos outros. Os pilares devem se localizar em pontos que não interfiram no conjunto arquitetônico e não comprometam a circulação de halls, salas, pilotis, garagens, etc. (UFV, 2010).

LAJES

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