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3. SISTEMAS ESTRUTURAIS

3.1- Introdução

A função da estrutura é fornecer um caminho seguro para as cargas da superfície para a infra-estrutura, para tanto é preciso: planejar, projetar, construir.

  1. Planejar é selecionar o esquema estrutural mais conveniente, e definir seu arranjo geral; estimar dimensões com base em critérios de segurança, economia, funcionalidade e estética.

  2. Projetar é fazer a determinação dos esforços solicitantes, a definição precisa das dimensões e a idealização de suas conexões e vínculos.

  3. Construiré materializar o que foi planejado.

Os principais requisitos da estrutura são: a segurança, durabilidade, economia, funcionalidade estética. A estrutura deve ainda resistir ao vento, descargas atmosféricas, terremotos, incêndios, e ter um valor razoável de custo de mão-de-obra e materiais.

Na antiguidade a estética determinava a estrutura. Com isso, alguns materiais foram incorretamente utilizados. Hoje, sabe-se que a correta utilização da estrutura é importante para a obtenção de satisfação estética.

“O conhecimento das estruturas pelos arquitetos é desejável, e uma estrutura correta só pode contribuir para a beleza da arquitetura”. (Mário Salvadori)

A estrutura das construções é composta por vários materiais adequadamente dispostos e solidarizados.

Existem várias opções de sistemas estruturais para edifícios. No caso da utilização do concreto armado, a maioria delas se compõe de lajes, vigas, pilares e paredes estruturais. Esses sistemas possuem variações, conforme se aumenta a altura dos edifícios, podendo inclusive agregar elementos de aço ou elementos mistos aço-concreto.

Dentre as possibilidades estão a utilização de lajes de concreto armado ou mistas, vigas e pilares em concreto armado, mistos ou em aço.

Na figura seguinte estão colocados alguns arranjos possíveis dos elementos estruturais, permitindo que se tenha uma visão geral do que hoje é feito no Brasil e no mundo.

Fig.1- Exemplos de sistemas estruturais de edifícios

Como se pode ver então, os edifícios usuais utilizam concreto armado, perfis metálicos, alvenarias, esquadrias, revestimentos, telhado, etc., combinados das mais diversas maneiras de modo a atender a demandas específicas.

3.2-Elementos Estruturais

Podem ser divididos em três categorias:

  1. elementos estruturais básicos: lajes, vigas, pilares.

São os elementos que compõem o esqueleto estrutural usual de edifícios, e cujo comportamento já foi bastante estudado, com modelos de dimensionamento bem resolvidos, pelo menos para os casos usuais.estudado, com modelos de dimensionamento bem resolvidos, pelo menos para os casoa

Fig.2- Exemplos de lajes

As lajes podem ser maciças (com vigas), nervuradas (para vãos maiores), planas (sem vigas), ou painéis pré-fabricados.

Fig.3- Exemplo de laje em grelha Fig.4-Exemplo de laje pré-fabricada

Fig.5- Exemplos de vigas

Fig.6- Exemplos de elementos tridimensionais

  1. elementos estruturais de fundação: fundações diretas ou rasas, e profundas.

São aqueles elementos que fazem a transferência das ações oriundas da superestrutura para o solo de apoio.

Podem ser de vários tipos, sempre em função das características do solo.

Os tipos mais comuns são os blocos sobre estacas, as sapatas de fundação direta, e os tubulões. Cada um desses tipos pode ainda ter vários arranjos, com diferentes formas e capacidades de carga.

Fig. 7- Exemplo de fundações

  1. elementos estruturais complementares: escadas, caixas d’água e muros de arrimo.

São aqueles elementos que fazem parte da construção, mas não são parte integrante do esqueleto estrutural.

Compreendem todos os outros elementos estruturais da construção, e possuem tipologias variadas e funções específicas dentro do edifício.

Podem ter diferentes geometrias e esquemas estáticos, mas em geral resultam da combinação adequada dos elementos estruturais básicos.

Fig.8- Exemplo de escada em planta e cortes

  1. São considerados elementos especiais: cascas, folhas, paredes.

Podem ser parte das construções, ou podem ainda se constituir em edificações isoladas, com objetivos determinados.

Assim, são considerados elementos especiais reservatórios, coberturas de grandes vãos, etc., geralmente projetados com elementos estruturais diferentes, como as cascas e as folhas poliédricas.

Fig.9- Alguns exemplos de estruturas especiais

Fig.10- Elementos estruturais em um edifício

3.2. A escolha do Sistema Estrutural

A palavra chave dessa escolha é experiência, pois devem ser levadas em conta muitas variáveis, tais como custo, segurança, funcionalidade e estética.

O custo de uma estrutura convencional equivale de 15 a 20% do custo total da obra. Para vãos maiores o custo relativo sobe. Em ginásios, salas de espetáculo, etc, o custo da estrutura é o principal fator a ser considerado.

É preciso ainda haver boa coordenação entre o sistema de circulação, o sistema mecânico, e o sistema estrutural.

O sistema estrutural deve resistir a cargas verticais (os pórticos usuais devem resistir ao peso próprio e a sobrecargas de utilização), e a cargas horizontais (as paredes estruturais devem resistir ao vento e a terremotos).

Geralmente exige-se ainda resistência ao fogo para poços de escada e elevadores, gerando sua incorporação ao sistema existente.

Etapa 1-O Projeto Estrutural

Deve conter os elementos estruturais capazes de suportar com segurança um conjunto de cargas, sem exceder a resistência dos materiais.

São etapas do projeto estrutural:

-concepção estrutural

-análise estrutural

-síntese estrutural

-dimensionamento e detalhamento

-desenho

Etapa 2-Segurança

A estrutura deve garantir a segurança contra os estados limites últimos, ou seja, a ruína do concreto ou deformação plástica excessiva do aço, bem como a segurança em relação aos estados de serviço, como os relativos a fissuração, flechas e vibrações excessivas.

Cada peça estrutural passa por diferentes etapas, envolvendo os métodos de cálculo, e os métodos construtivos, bem como por uma análise das implicações econômicas, funcionais e estéticas da construção como um todo.

Etapa 3-Concepção Estrutural

É a idealização de um arranjo estrutural, fruto de um conhecimento do comportamento das partes da estrutura.

Passa por etapas como a análise estrutural inicial do Projeto Arquitetônico e o ante-projeto estrutural.

Etapa 4-Diretrizes da Concepção Estrutural

Visam atender às condições estéticas definidas no projeto arquitetônico, tais como vigas e pilares embutidos na alvenaria, evitar pilares e vigas em vãos abertos, ou usá-los de forma racional, evitando também excesso de vigas aparentes.

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