DISCIPLINA: SISTEMAS CONSTRUTIVOS
Manoel J.C. Serrão
Eng. Civil, Esp. Seg. do Trabalho e Mestrando em Sustentabilidade Energética
TÓPICOS ESTRUTURAS
• SISTEMAS CONSTRUTIVOS
• A estrutura vista através da história da tecnologia da construção. A estrutura e a arquitetura.
Conceitos fundamentais da estrutura - tensão, carregamentos axiais, torção e flexão pura.
• SISTEMAS ESTRUTURAIS
• Fornece conhecimento básico a respeito dos vários sistemas estruturais, sua aplicação,
funcionamento, materiais e conceitos de resistência aos diversos tipos de esforços. Visa o
desenvolvimento da capacidade do aluno de compreender e propor os sistemas estruturais das
edificações. Aborda: estruturas que atuam sob o efeito de tração, compressão, e, Tração e
compressão combinadas. Estruturas que atuam devido à capacidade resistente da massa e da
continuidade do material, estruturas superficiais, sistemas verticais de transporte de cargas e
escolha de formas estruturais.
• SISTEMAS ESTRUTURAIS EM CONCRETO ARMADO
• Aborda os conceitos de equilíbrio e resistência, o estudo das forças e cargas, inércia de
superfícies planas, tensões e deformações em sólidos. Esforços simples, de tração, flexão e
torção. Esforços combinados. Estruturas isostáticas e hiperestáticas. Determinação de esforços
externos e internos. Carregamentos, Transmissão de cargas e esforços internos. Dando
embasamento para o estudo do dimensionamento das estruturas em Sistemas Estruturais em
Arquitetura. Estuda as estruturas de concreto armado e protendido, os materiais, as formas
construtivas, o seu dimensionamento e detalhamento.
• SISTEMAS ESTRUTURAIS EM AÇO E MADEIRA
• Estudo das estruturas de madeira e aço abordando o seu dimensionamento e suas
ligações. Estudo de estruturas alternativas regionais. Tópicos especiais em sistemas
estruturais.
SISTEMAS CONSTRUTIVOS
• Introdução
• Introdução
• Definições básicas
• Sistemas construtivos
• Definições básicas
• Sistemas construtivos
• História dos sistemas
• História dos sistemas
construtivos
construtivos
• Visão geral
• Visão geral
• Porque a história dos sistemas construtivos
• As fases:
• Pré-história européia
• Egito Antigo
• Mesopotâmia
• Grécia Antiga
• Etrúria e Roma
• Catedrais góticas
• Renascimento
• Revolução industrial
• Pontes metálicas do século XIX
• Os primeiros arranha-céus
• As primeiras pontes de concreto armado e
• Porque a história dos sistemas construtivos
• As fases:
• Pré-história européia
• Egito Antigo
• Mesopotâmia
• Grécia Antiga
• Etrúria e Roma
• Catedrais góticas
• Renascimento
• Revolução industrial
• Pontes metálicas do século XIX
• Os primeiros arranha-céus
• As primeiras pontes de concreto armado e
protendido
• Torres e edifícios altos
• As grandes pontes
• Grandes coberturas
protendido
• Torres e edifícios altos
• As grandes pontes
• Grandes coberturas
Introdução
• O que são sistemas estruturais?
Estrutura é o conjunto de elementos que, interagindo entre si,
formam um sistema que desempenha função específica.
História dos sistemas construtivos
• Visão geral
Há cerca de 10.000 anos, tendo descoberto a agricultura e a pecuária,
o homem deixou de ser nômade, passando a residir em um local fixo;
surgiram então os primeiros edifícios permanentes e as primeiras
aldeias.
Desde esta época, o homem vem erguendo construções que o
abriguem, que permitam a reunião de grandes comunidades
irmanadas por um objetivo religioso, político ou de lazer, que
possibilitem a transposição de um rio ou a barragem de um curso
d’água.
As primitivas construções iniciais deram lugar às monumentais
pirâmides egípcias, aos harmoniosos templos gregos, às
extaordinárias cúpulas romanas, à sublime catedral gótica, às
imensas pontes de ferro e de aço, aos enormes arranha-céus de aço
e de concreto
História dos sistemas construtivos
• Porque a história dos sistemas construtivo
1. Possibilita que se conheçam e se valorizem as extraordinárias
construções que vêm sendo edificadas pelo homem desde a pré-história
até os dias de hoje;
2. Revela que as construções, além de satisfazerem as necessidades
do homem, são uma importantíssima expressão cultural, social, política e
econômica das sociedades que as erigiram;
3. Mostra o papel fundamental que os novos materiais e os novos
sistemas estruturais sempre tiveram, e continuam tendo, na evolução
das estruturas;
4. Permite que se compreenda qualitativamente como funcionam
estruturas.
História dos sistemas construtivos
• Pré-história europeia - Ponte
Ficha Técnica
Nome
Tarr Steps
Sistema
Estrutural
Vigas simplesmente apoiadas
Função
Travessia de pessoas
Localização
Sobre o Rio Barle, noroeste de
Dulverton, Somerset, Inglaterra
Época da
construção
Provavelmente pré-histórica
Execução
Desconhecida
Dimensões
17 vãos totalizando 55 m
Material
Granito
História dos sistemas construtivos
• Pré-história europeia - Stonehenge
Ficha Técnica
Nome
Stonehenge
Sistema
Estrutural
Pilares e vigas simplesmente
apoiadas
Função
Templo
Localização
Salisbury Plain, Salisbury,
Inglaterra
Época da
construção
3100 a.C. - 1100 a.C.
Execução
Desconhecida
Dimensões
Diâmetro do círculo de
pedra: 30 m
Material
Os blocos maiores são de
arenito, e os menores de
rochas conhecidas como
"bluestones",
encontradas
nas montanhas Preseli, no
sudoeste do País de Gales.
História dos sistemas construtivos
• Egito Antigo - Pirâmide de Sacara
DISCIPLINA: SISTEMAS ESTRUTURAIS
INTRODUÇÃO (1/7)
Manoel J.C. Serrão
Eng. Civil, Esp. Seg. do Trabalho e Mestrando em Sustentabilidade Energética
Definições básicas
• O que são sistemas estruturais?
Estrutura é o conjunto de elementos que, interagindo entre si,
formam um sistema que desempenha função específica.
A Sociedade é um sistema onde os elementos são os
indivíduos que se relacionam através de inúmeras funções ou
atividades, dando origem a estrutura social.
O corpo humano é um sistema onde os elementos são os
órgãos que se relacionam através de inúmeras funções ou
atividades, dando origem a estrutura do organismo.
Sistema Estrutural de uma edificação é o conjunto de elementos
estruturais que, interagindo entre si, formam um sistema que
desempenha função específica.
Definições básicas
Sistema Estrutural de uma edificação é o conjunto de elementos
estruturais (lajes, vigas, pilares, arcos ...) que, interagindo entre si,
formam um sistema que desempenha função específica (transmitir
esforços até a fundação, garantir estabilidade ...).
ELEMENTOS ESTRUTURAIS
Laje
• Recebe os carregamentos e
transmite para as vigas
Viga
• Recebe o os esforços das lajes e
transmite para os pilares
Pilares
• Recebem os carregamentos das
vigas e transmite a fundação.
Fundação
• Recebe os esforços dos pilares e
transmite ao solo.
Solo
• Recebe os esforços da fundação e
dissipa nas diferentes camadas que
forma a estrutura do solo.
Definições básicas
O sistema material da edificação capaz de transmitir cargas e absorver
esforços, de modo a garantir a estabilidade, a segurança e integridade
da construção, cooperando na sua organização espacial e na sua
expressão, mediante ao adequado emprego dos materiais, das técnicas,
dos processos e dos recursos econômico-financeiros (Weidle apud
SILVA, 2000,p.13)
Sistemas Estruturais e a Arquitetura
Projeto
Análise
econômica
Concepção
Estrutural, materiais
Análise
tecnológica
Criação
Análise
física
“Antigamente quando de terminava uma estrutura viam-se apenas lajes
e apoios. A arquitetura vinha depois, como uma coisa secundaria e eu
queria o contrario essa junção da estrutura com a arquitetura, queria
que elas nascessem juntas e fossem bastante sem nenhum detalhe
para demonstrar o projeto de arquitetura.” (Oscar Niemeyer)
Influência do sistema estrutural na
expressão arquitetônica
A principal função, do ponto de vista estrutural, para uma edificação é
ser estática:
Estado limite
último
Estado limite
de serviço
Segura
Adequada ao uso
Capacidade de
sustentação
Durabilidade
Resistência
Estética
Estabilidade
Conforto
DISCIPLINA: SISTEMAS ESTRUTURAIS
CARREGAMENTOS (2/7)
Manoel J.C. Serrão
Eng. Civil, Esp. Seg. do Trabalho e Mestrando em Sustentabilidade Energética
Conceito
Qualquer influência que causa forças ou deformações em uma
estrutura.
É a interação da estrutura com a natureza e com o resultado de sua
utilização.
Concentrada
Forma de
atuação
Distribuída
linearmente
Distribuída
superficialmente
Carregamento
Permanente
Tempo de
atuação
Acidentais
DISCIPLINA: SISTEMAS ESTRUTURAIS
INTRODUÇÃO (1/7)
Manoel J.C. Serrão
Eng. Civil, Esp. Seg. do Trabalho e Mestrando em Sustentabilidade Energética
Tipos de carregamento quanto ao ponto
de aplicação
Concentrado
• Aplicado a um ponto:
• Pilar sobre ou sob laje ou viga;
Um objeto sobre uma laje
A ação do pilar sobre a
fundação
A reação de uma viga
apoiada sobre outra.
Tipos de carregamento quanto ao ponto
de aplicação
Distribuída linearmente
• Aplicado em uma direção:
• Parede sobre laje;
• Parede sobre viga.
Parede sobre laje
Parede sobre viga
Tipos de carregamento quanto ao ponto
de aplicação
Distribuída superficialmente
• Aplicada em uma superfície:
• Revestimento de piso;
• Pessoas sobre a laje.
Revestimento de piso
Uma pilha de cimento
sobre laje
Classificação dos carregamentos com
relação ao tempo de atuação
Permanente
São carregamentos atuantes sobre a estrutura por toda sua vida útil,
independente de condições externas.
•
•
•
•
Peso próprio;
Cobertura;
Alvenaria;
Revestimento;
Classificação dos carregamentos com
relação ao tempo de atuação
Acidental
Nem sempre estão presentes em um Sistema Estrutural. Há épocas
em que eles são atuantes e há épocas em que eles não aparecem.
Mas sempre devem ser considerados.
•
•
•
•
•
•
•
Vento;
Empuxo;
Frenagem;
Sobrecargas;
Terremoto;
Neve;
Cargas móveis.
Isopletas
Ações
Horizontais
NBR-6123
Classificação dos carregamentos com
relação ao tempo de atuação
Acidental
Nem sempre estão presentes em um Sistema Estrutural. Há épocas
em que eles são atuantes e há épocas em que eles não aparecem.
Mas sempre devem ser considerados.
•
•
•
•
•
•
•
Vento;
Empuxo;
Frenagem;
Sobrecargas;
Terremoto;
Neve;
Cargas móveis.
Empuxo horizontal:
Estacionamento semienterrados e
enterrados, reservatórios
Métodos empíricos
Classificação dos carregamentos com
relação ao tempo de atuação
Acidental
Nem sempre estão presentes em um Sistema Estrutural. Há épocas
em que eles são atuantes e há épocas em que eles não aparecem.
Mas sempre devem ser considerados.
•
•
•
•
•
•
•
Vento;
Empuxo;
Frenagem;
Sobrecargas;
Terremoto;
Neve;
Cargas móveis.
Frenagem
Sobrecargas:
NBR 14936
Revisão
• A arquitetura anda de mãos dadas com a engenharia através do
relacionamento: Sistemas estruturais & concepção;
• A boa interação entre esses dois ramos do conhecimento garante
segurança (ELU) e Operacionalidade (ELS);
• Sistema Estrutural de uma edificação é o conjunto de elementos
estruturais que, interagindo entre si, formam um sistema que
desempenha função específica.
• Esses elementos são: Laje, pilar, viga, fundação ...
• A interação entre eles são os esforços e as reações;
• A interação da estrutura com o ambiente origina os carregamentos;
• Os carregamentos podem ser concentrados ou distribuidos quanto
a aplicação e quanto ao tempo de ação podem ser permanentes ou
acidentais.
Exercício
Baseado no esquema ao lado definir a carga em:
lajes: L1
vigas: V2 e V5
pilares: P5
Dados:
•piso de escritório
•revestimento da laje: taco
•alvenaria: 1 vez
•material: concreto armado
•reação da laje L1 nas vigas V1, V3, V4 e V5: 6,25 KN/m
•reação da viga V1 sobre os pilares P1 e P2: 42,68 KN
•reação da viga V2 sobre a viga V5 e o pilar P5: 2,19 KN
•reação das vigas V3 e V4 sobre os pilares P1,P3 e P4: 43,93 KN
•reação da viga V5 sobre o pilar P2: 43,33 KN
•reação da viga V5 sobre o pilar P4: 44,21KN
Exercício
Para se calcular as cargas em uma edificação, inicia-se sempre de cima para baixo (da cobertura
para o térreo) na seguinte sequência: lajes, vigas, pilares e fundações.
Portanto, no nosso exemplo, calcularemos primeiramente a carga na laje L1, depois nas vigas V2 e
V5 e finalmente no pilar P5.
Pode-se ver através do esquema que as cargas são as seguintes:
Peso-próprio
(distribuída/m2)
+ revestimento
peso-próprio:
revestimento:
sobrecarga:
(distribuída/m2)
Laje L1:
+ sobrecarga (distribuída/m2)
pp = 0,10 m . 25 kN/m3
rev
sc
total
= 2,50 kN/m2
= 0,50 kN/m2
= 2,00 kN/m2
= 5,00 kN/m2
Viga V2:
Peso-próprio (distribuída/m)
peso-próprio: pp = 0,10 m . 0,50 m . 25 kN/m 3 = 1,25 kN/m
Exercício
Viga V5:
Peso-próprio (distribuída/m) + alvenaria (distribuída/m) + reação da laje L1 (distribuída/m) + reação da viga V2 (concentrada)
peso-próprio:
pp = 0,20 m . 0,50 m . 25 kN/m 3
= 2,50 kN/m
2
alvenaria:
alv = 2,60 m . 3,20 kN/m
= 8,32 kN/m
laje:
laje
= 6,25 kN/m
total
= 17,07 kN/m
Exercício
Pilar P5:
Peso-próprio (concentrada) + reação da viga V2 (concentrada)
peso-próprio:
pp = 0,20 m . 0,20 m . 2,60 m . 25 kN/m3
reação da viga:
viga
total
= 2,60 kN
= 2,19 kN
= 4,79 kN
DISCIPLINA: SISTEMAS ESTRUTURAIS
ESFORÇOS (3/7)
Manoel J.C. Serrão
Eng. Civil, Esp. Seg. do Trabalho e Mestrando em Sustentabilidade Energética
DISCIPLINA: SISTEMAS ESTRUTURAIS
REAÇÕES (4/7)
Manoel J.C. Serrão
Eng. Civil, Esp. Seg. do Trabalho e Mestrando em Sustentabilidade Energética
DISCIPLINA: SISTEMAS ESTRUTURAIS
ELEMENTOS ESTRUTURAIS (5/7)
Manoel J.C. Serrão
Eng. Civil, Esp. Seg. do Trabalho e Mestrando em Sustentabilidade Energética
DISCIPLINA: SISTEMAS ESTRUTURAIS
SISTEMAS ESTRUTURAIS (6/7)
Manoel J.C. Serrão
Eng. Civil, Esp. Seg. do Trabalho e Mestrando em Sustentabilidade Energética
DISCIPLINA: SISTEMAS ESTRUTURAIS
FUNDAÇÕES (7/7)
Manoel J.C. Serrão
Eng. Civil, Esp. Seg. do Trabalho e Mestrando em Sustentabilidade Energética