MODELAGEM DOS SISTEMAS ESTRUTURAIS Aula 01

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1 Universidade Federal do Rio de Janeiro Faculdade de Arquitetura e Urbanismo Departamento de Estruturas Disciplina: MODELAGEM DOS SISTEMAS ESTRUTURAIS Aula 01 Professora : Maria Betânia de Oliveira betania@fau.ufrj.br mboufrj.weebly.com

2 Objetivos da Disciplina Apresentar ao aluno a importância do conhecimento de Sistemas Estruturas para a formação do Arquiteto Urbanista. Fornecer ao aluno as bases necessárias para o entendimento do equilíbrio, das tensões e das deformações das estruturas. Viabilizar o estudo qualitativo do comportamento estrutural através da confecção e observação de modelos físicos. Proporcionar ao aluno o entendimento das evoluções, inovações e tendências dos sistemas estruturais. Habilitar o aluno para o estudo das disciplinas subsequentes da área de estruturas.

3 Metodologia de Ensino Exposições teóricas sobre os assuntos, elaboração de modelos físicos e análise qualitativa de estruturas através da observação dos modelos. Critério de Avaliação P prova escrita, 2 pontos Ti trabalho individual, 3 pontos Pg projeto em grupo, 5 pontos Média do Semestre, Ms = P+Ti+Pg Recuperação Prova final.

4 Aula 1 Plano de Ensino da Disciplina Conceituação Inicial sobre a Modelagem dos Sistemas Estruturais (MSE) Objetivos Entendimento do Plano de Ensino e da Conceituação Inicial sobre a Modelagem dos Sistemas Estruturais (MSE) Metodologia Apresentação e discussões sobre o tema da aula. Atividade Discente Participar da aula e estudar os assuntos abordados.

5 Aula 1 QUESTÕES Qual é o Plano de Ensino da Disciplina? O que é Estrutura? O que é Sistema? O que é Modelagem? Por que estudar MSE? O que é Concepção Estrutural? Qual é a Importância da Forma Estrutural? Quais são os requisitos básicos para a definição da estrutura? Quem faz a concepção da estrutura? O que é análise estrutural?

6 Plano de Ensino da Disciplina: Disciplina: MODELAGEM DOS SISTEMAS ESTRUTURAIS Código: FAE110 N o de aulas semanais: 3 aulas Carga Horária: 45 h EMENTA: Análise qualitativa do comportamento de barras, lâminas, blocos e diversos sistemas estruturais, através do contato com modelos. Noções intuitivas de equilíbrio, vínculos e graus de liberdade; solicitações, tensões, deformações; comportamento elástico dos materiais; isotropia e anisotropia; estabilidade e instabilidade. Evolução histórica dos sistemas estruturais. Pesquisa de formas estruturais por processos de livre avaliação. Noções de rigidez pela forma. Observações de soluções da natureza.

7 Plano de Ensino da Disciplina: Planejamento das Aulas Aula Assunto (1) 11FEV-14FEV Apresentação/Plano de Ensino/Conceituação Inicial. (2) 18FEV-21FEV Estruturas da natureza. Fenômenos fundamentais das estruturas. Elementos estruturais básicos. Classificação dos sistemas estruturais. Ações nas estruturas. Exercícios. (3) 25FEV-28FEV Teoria da fraqueza relativa dos gigantes. Fenômenos fundamentais das estruturas. Equilíbrio. Centro de gravidade. Tração e Compressão. Flexão. Momento de inércia. Classificação dos Sistemas Estruturais. Vigas, pilares e pórticos. Esquema estrutural. Rigidez pela forma. Caminho das forças. Vínculos e graus de liberdade: apoios de primeiro gênero; apoios de segundo gênero; apoio de terceiro gênero. Estruturas hipostáticas, isostáticas e hiperestáticas (4) 11MAR-14MAR Apresentação dos trabalhos individuais (Cabos, Vigas e Grelhas). Flambagem. Estabilidade e instabilidade. Limites de utilização de vigas e pilares. Solicitações. Tensões. Deformações. Comportamento elástico dos materiais. Isotropia e anisotropia. (5) 18MAR-21MAR Apresentação dos trabalhos individuais (Pilares e Pórticos). Arcos. Ensaio de tração. Diagrama Tensão-deformação. Cabos: propriedades e nomenclatura. Arcos: propriedades e nomenclatura. Tipos de arcos. Limites de utilização de cabos e arcos.

8 Plano de Ensino da Disciplina: Planejamento das Aulas Aula Assunto (6) 25MAR-28MAR Apresentação dos trabalhos individuais ( Arcos). Treliças: propriedades e nomenclatura. Conexões (nós). Treliças planas. Treliças espaciais. Treliças de telhados. Treliças de pontes. Aplicações de treliças. (7) 01ABR-04ABR Apresentação dos trabalhos individuais (Treliças). Placas e Chapas. Paredes. Lajes: propriedades. Tipo de lajes. Lajes maciças, lajes armadas em uma direção. Lajes armadas em duas direções ou em cruz. Lajes lisas (cogumelo). Lajes nervuradas. Lajes duplas. Lajes mistas. Lajes prémoldadas ou pré-fabricadas. Lajes alveolares. Lajes com forma metálica incorporada (steel-deck). (8) 08ABR-11ABR Apresentação dos trabalhos individuais (Lajes e Paredes). Cascas: propriedades. Superfícies de revolução. Superfícies de translação. Superfícies conoidais. Superfícies compostas. Cúpulas. Abóbadas. Cascas cilíndricas. Cascas esféricas. Perturbações de borda. Condições de apoio. Cascas nervuradas. Cascas dobradas (placas associadas). Definição dos Grupos e dos Temas do Projeto Final.

9 Plano de Ensino da Disciplina: Planejamento das Aulas Aula Assunto (9) 15ABR-25ABR Apresentação dos trabalhos individuais (Cascas). Membranas: propriedades. Estruturas de tendas. Membranas infláveis. Membranas híbridas. Efeitos do vento. Perfuração em membranas infláveis. Vida útil e limites de utilização das membranas. (10) 06MAI-09MAI Apresentação dos trabalhos individuais (Membranas). Prova. (11) 13MAI-16MAI Apresentação inicial do projeto final. Assistência às turmas (execução dos projetos). (12) 20MAI-23MAI Assistência às turmas (execução dos projetos). (13) 27MAI-30MAI Assistência às turmas (execução dos projetos). (14) 03JUN-06JUN Entrega/defesa do projeto final (modelo físico qualitativo e prancha resumo). (15) 10JUN Prova Final

10 O que é Estrutura? Modelagem dos Sistemas Estruturais Estrutura é a parte da edificação responsável por sua sustentação. Estrutura é um conjunto de elementos que interagem para suportar as ações. Estrutura, ou Sistema Estrutural, é um conjunto de elementos que viabilizam a criação de um espaço útil em uma construção. Estrutura como edificação subtraída dos elementos de função não estrutural.

11 Estrutura como caminho das forças Esquema estrutural do Anhembi, São Paulo, SP Esquema estrutural do Masp, São Paulo, SP

12 Abordagem Linear O que é Sistema? Reducionismo: todas as coisas e, ainda, o conhecimento e experiência sobre elas, podem ser reduzidos, decompostos ou desmontados até os elementos finais, partes individuais. Problema, r Subproblema, a Subproblema, b Se o problema a ser resolvido pudesse ser reduzido a um conjunto de subproblemas independentes, então a solução para o todo não era nada mais que a soma das soluções para as suas partes. Subproblema, c a b c r

13 Pensamento Sistêmico O que é Sistema? Expansionismo: todas as coisas e, ainda, o conhecimento e experiência sobre elas, são partes de TODOS maiores. O expansionismo transfere a atenção dos elementos finais, para o todo com partes interrelacionadas, em suma para os SISTEMAS. Um Sistema é um conjunto de elementos interrelacionados de qualquer espécie, por exemplo, conceitos, objetos ou pessoas. Estrutura ou Sistema Estrutural 2009 Maria Betânia de Oliveira

14 O que é Modelagem? Define-se por Modelo a representação simplificada de algum fenômeno do mundo real. O Modelo facilita a compreensão de relações complexas. Modelagem é ato ou efeito de modelar produzir modelos.

15 Tecido esticado Bolhas de sabão Exemplos de modelos físicos empregados na definição da forma inicial de uma estrutura de membrana.

16 Por que estudar MSE? Construção de uma Edificação Projeto (Design) Fundações Estrutura Sistemas Prediais Acabamento "Nas suas viagens, ao descrever uma ponte, pedra por pedra, para seu discípulo Kublai Khan, Marco Polo é indagado: - Mas qual é a pedra que sustenta a ponte? Em resposta informa que a ponte não é sustentada por nenhuma pedra, mas pela curva do arco que elas formam. Depois de alguns minutos de silêncio e reflexão, Kublai Khan acrescenta: - Por que falar de pedras? Só o arco me interessa. Então, Marco Polo responde: - Sem pedras, o arco não existe ". CALVINO, Ítalo. Cidades Invisíveis. Rio de Janeiro: Companhia das Letras, 1990.

17 Por que estudar MSE? Anel de Compressão Adaptação ENADE 2005 A utilização de modelos físicos facilita o entendimento do comportamento estrutural através da visualização dos fenômenos estruturais.

18 Na fase de projeto, cerca de 90% do seu custo final é comprometido, embora ainda somente uma pequena parte deste custo tenha sido efetivamente incorrida. As decisões tomadas na fase de projeto afetam drasticamente a competitividade do produto final, bem como sua facilidade de execução, de uso, de manutenção e de descarte. Potencial de influência no custo final de um empreendimento de edifício e suas fases.

19 O que é Concepção Estrutural? A concepção da estrutura é anterior ao seu dimensionamento, ou seja, a sua quantificação. Conceber a estrutura é ter consciência da possibilidade da sua existência; perceber a sua relação com o espaço gerado; perceber o sistema ou sistemas capazes de transmitir as cargas ao solo, da forma mais natural; identificar os materiais que, de maneira mais adequada, se adaptam a esses sistemas.

20 Concepção Estrutural A concepção da estrutura não é aleatória. A concepção estrutural depende de diversas variáveis: Funcionalidade/ Estabilidade/ Resistência/ Custos/ Estética/ Possibilidades Técnicas Solução estrutural original é o resultado de profundo e amplo conhecimento e de muitas tentativas. INFLUENCIA NA RESISTÊNCIA INFLUÊNCIA NOS ESPAÇOS Forma da estrutura INFLUÊNCIA NOS SENTIDOS HUMANOS

21 Qual a melhor forma estrutural? Melhor solução em relação a quê? A mais fácil de construir? A mais bonita? A mais econômica? É necessário estabelecer uma hierarquia de quesitos.

22 Qual a melhor forma estrutural? Modelagem dos Sistemas Estruturais A solução da forma estrutural deve permitir o encontro entre Arquitetura e Estrutura. "Arquitetura é antes de mais nada construção, mas, construção concebida com o propósito primordial de ordenar e organizar o espaço para determinada finalidade e visando a determinada intenção. E nesse processo fundamental de ordenar e expressarse ela se revela igualmente arte plástica, porquanto nos inumeráveis problemas com que se defronta o arquiteto desde a germinação do projeto até a conclusão efetiva da obra, há sempre, para cada caso específico, certa margem final de opção entre os limites - máximo e mínimo - determinados pelo cálculo, preconizados pela técnica, condicionados pelo meio, reclamados pela função ou impostos pelo programa, - cabendo então ao sentimento individual do arquiteto, no que ele tem de artista, portanto, escolher na escala dos valores contidos entre dois valores extremos, a forma plástica apropriada a cada pormenor em função da unidade última da obra idealizada. Lúcio Costa ( )

23 Quem concebe a estrutura? Não se pode imaginar uma FORMA que não necessite de uma ESTRUTURA Não se pode imaginar uma ESTRUTURA que não necessite de uma FORMA PAES & CRESPO (2012) FORMA e ESTRUTURA nascem juntas! Quem cria a forma cria a estrutura.

24 O que é análise estrutural? Estudo do comportamento da estrutura. A análise estrutural existe para verificar e detalhar o que se intuiu. Modelos são manipulados na Análise Estrutural. Os modelos nem sempre conseguem descrever com precisão a realidade. p ag Definição do Modelo Estrutural de uma Cobertura Pneumática (OLIVEIRA, 2001)

25 Bibliografia REBELLO, Y.C.P. A Concepção Estrutural e a Arquitetura. Zigurate Editora, RODRIGUES, P.F.N. Modelagem dos Sistemas Estruturais: notas de aula. DE/FAU/UFRJ, SÁLES, J.J. et al. Sistemas Estruturais: teoria e exemplos. São Carlos: SET/EESC/USP, ISBN: SARAMAGO, R.C.P. Ensino de estruturas nas escolas de arquitetura do Brasil. Dissertação (Mestrado em Arquitetura, Urbanismo e Tecnologia) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, Disponível em: < Acesso em: