Tecnologias, Materiais e Técnicas de Construção V

Transcrição

1 Tecnologias, Materiais e Técnicas de Construção V 4.º Ano, 7.º semestre 4 ECTS / 4 h semanais TMTC V

2 2. Sistemas estruturais Princípios físicos TMTC V

3 Estrutura Elemento ou conjunto de elementos construídos no espaço formando um sistema capaz de suportar cargas, ou acções, sem colapsar, deformar-se ou vibrar em demasia. TMTC V

4 Acções intervenientes na estrutura de construções Permanentes: ex. peso próprio Temporárias: ex. sismos, vento, sobrecarga de utilização Esforço Normal Esforço Cortante Momento Flector Momento de Torção TMTC V

5 Esforço normal Esforço axial, aplicado no centro de gravidade da secção, tendente à tracção ou à compressão da peça. TMTC V

6 Esforço normal TMTC V

7 Esforço normal A encurvadura é um fenómeno que ocorre em peças esbeltas (peças onde a área de secção transversal é pequena em relação ao seu comprimento), quando submetidas a um esforço de compressão axial. A encurvadura acontece quando a peça sofre flexão transversalmente devido à compressão axial. Este colapso ocorrerá sempre na direcção do eixo de menor momento de inércia de sua secção transversal. TMTC V

8 Esforço cortante Esforço axial, aplicado no centro de gravidade da secção, tendente à tracção ou à compressão da peça. TMTC V

9 Esforço cortante TMTC V

10 Momento flector TMTC V

11 Momento flector TMTC V

12 Momento de torção TMTC V

13 Momento de Inércia TMTC V O momento de inércia da secção transversal é uma propriedade geométrica que depende da sua orientação em relação ao plano onde ocorre a flexão da barra. Por exemplo, se num perfil I a flexão da barra se dá no plano y-y, ocorre uma rotação da secção transversal em torno do eixo x. Neste caso, o momento de inércia a ser adoptado é I = Ix. Por outro lado, quando a flexão da barra ocorre no plano x-x, o momento de inércia adotado é I = Iy

14 2. Sistemas estruturais Elementos estruturais TMTC V

15 Tipos de elementos estruturais Paredes e muros resistentes (portantes) Elemento estrutural contínuo cuja função é a transmissão dos esforços actuantes na estrutura ao solo, o contraventamento da estrutura, a contenção de solos ou o suporte de corpos balançados em consola (actuando neste caso como parede-viga). Em betão armado consideram-se paredes os elementos laminares sujeitos a compressão cujo comprimento exceda cinco vezes a espessura O seu uso nas estruturas acima do solo caracteriza, em larga medida, as estruturas contínuas. TMTC V

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21 Tipos de elementos estruturais Elementos barra: elementos lineares sujeitos a esforços longitudinais, de flexão, torção e transversos. O uso exclusivo de pilares na transmissão das acções ao solo caracteriza em larga medida as estruturas pontuais. Vigas Pilares TMTC V

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30 Tipos de elementos estruturais Treliças e treliças espaciais Estruturas compreendendo uma ou mais unidades triangulares construídas com elementos lineares cujas extremidades estão ligadas por juntas designadas nós. Uma treliça planar têm todos os elementos e nós no mesmo plano, uma treliça espacial tem elementos e nós num espaço tridimensional. TMTC V

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42 Tipos de elementos estruturais Pórtico Trata-se de um elemento estrutural composto: um sistema de pilares e vigas TMTC V

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49 Tipos de elementos estruturais Arco e abóbada Elemento curvilíneo de transmissão das acções verticais para os seu apoios. Tradicionalmente é composto por blocos em forma de cunha: as aduelas. Os arcos verdadeiros conseguem estabilidade a partir da carga que suportam. As abóbadas são construções em forma de arco com a qual se cobrem espaços compreendidos entre muros, pilares ou colunas. TMTC V

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55 Tipos de elementos estruturais Laje É o elemento estrutural responsável por transmitir os esforços que nela actuam para os pilares, seja através das vigas que a sustentam ou directamente. As lajes são elementos estruturais bidimensionais, caracterizadas por ter a espessura muito menor do que as outras duas dimensões. Entre outras acções estão sujeitas ao esforço de punçoamento dos pilares. TMTC V

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58 Fundações e Estruturas TMTC V

59 2. Sistemas estruturais Materiais de construção TMTC V

60 Materiais de construção de elementos estruturais Alvenarias: de pedra, tijolo. Estruturas parietais, arcos, abóbadas, pórticos, contrafortes. Vãos de amplitude limitada. TMTC V

61 Fundações e Estruturas TMTC V

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66 Materiais de construção de elementos estruturais Madeira: Material orgânico, naturalmente não-isotrópico. Influência do corte no comportamento estrutural. Construção tradicional: asnas, pilares e vigas. Lamelados-colados de madeira: elementos isotrópicos permitindo grandes vãos TMTC V

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73 Materiais de construção de elementos estruturais Aço carbono (vulgo ferro): Boa capacidade de tracção Fraca resistência ao fogo Perfilados I, U, L, Tubolares Grandes vãos Estruturas espaciais Estruturas atirantadas TMTC V

74 Aço inox: Liga de ferro e crómio, podendo conter também níquel, molibdénio e outros elementos, que apresenta propriedades físico-químicas superiores aos aços comuns, sendo a alta resistência à oxidação atmosférica a sua principal característica TMTC V

75 O aço carbono e o aço inox encontram-se disponíveis no mercado sob diversas formas, desde perfis estandardizados, perfis obtidos por quinagem de placas metálicas, por extrusão, fundidos, tirantes, cabos, etc. TMTC V

76 Alguns perfis europeus comuns: L Cantoneiras de abas iguais ou desiguais HD HEA HEB HEM HL HP IPN IPE U UPE UPN Tubolares Rectangulares Tubolares Circulares TMTC V

77 barra quadrada vergalhão barra redonda barra chata perfil ómega TMTC V

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93 Materiais de construção de elementos estruturais Adobes e argamassas Materiais de elevada plasticidade, particularmente indicados para estruturas contínuas em que os elementos resistentes adquirem alguma expressão, com vãos de dimensão limitada. São constituídos por um ligante (p.ex. cal, argila, terra, cimento), inertes (areia, cascalho), e água. No caso do adobe à terra e à água é adicionada palha. Tradicionalmente utilizados em pavimentos, fundações e paredes, associados a materiais mais leves para as lajes e as coberturas (madeira, colmo, etc.) TMTC V

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102 Materiais de construção de elementos estruturais Betão O betão é um material de construção composto, sendo um caso particular das argamassas. Como todas as argamassas é constituído por três componentes principais: Ligante Inertes Água Eventualmente podem-se adicionar aditivos com funções específicas. TMTC V

103 Ligante: no betão moderno é o cimento Portland. Inertes, ou agregados: distinguem-se pelo seu calibre em finos e grossos. Finos: areia Grossos: brita, cascalho, Pedras de maior dimensão (betão ciclópico). Os inertes devem estar isentos de sais e matérias orgânicas. Água: responsável pela reacção química designada por presa do betão. Normalmente a presa demora 28/30 dias. Aditivos: corantes, descofrantes, hidrófugos, acelaradores, retardadores, etc. TMTC V

104 O betão é um material com elevada plasticidade, facilmente adaptável a geometrias complexas. Sendo uma pedra artificial possui uma boa resistência à compressão, mas uma fraca resistência à tracção. Por essa razão se conjugam as suas propriedades com as do aço carbono, de elevada resistência aos esforços de tracção, no betão armado. O aço pode ser incorporado no betão com a forma de uma armadura tecida de vergas, verginhas, vergalhões e malhassol, ou por intermédio de perfís embebidos na secção dos elementos resistentes. Para proteger os elementos metálicos da oxidação atmosférica a armadura deve sempre ser coberta com uma espessura mínima de betão: espessura de recobrimento. TMTC V

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106 A posição e densidade da armadura no interior da secção de betão é determinada pela distribuição de acções na secção. Assim, numa viga sujeita a esforços de tracção na face inferior e de compressão na face superior a densidade de aço será normalmente superior na parte de baixo da viga. Nas vigas com tramos em consola, isto é, sem apoios inferiores, a inversão da posição das secções traccionadas ao longo da viga influencia a posição das armaduras. TMTC V

107 O mesmo é válido para as lajes, sendo que nesse caso há que atender à acção de punçoamento dos pilares TMTC V

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117 Betão pré-esforçado Pré-esforço é um artifício que consiste em introduzir, numa estrutura, um estado prévio de tensões, de modo a melhorar a sua resistência ou comportamento, sob acção de diversas condições de carga Pfeiel, 1984 TMTC V

118 Para se vencerem vãos de dimensão muito elevada, para se obterem secções transversais de menor dimensão ou para se construírem estruturas sujeitas a elevadas solicitações, por vezes utiliza-se o pré-esforço da armadura. O pré-esforço consiste na aplicação de um esforço de tracção à armadura enquanto se procede à betonagem do elemento estrutural. Depois da presa o esforço cessa, resultando a secção de betão armado com uma resistência adicional significativa. Por vezes, em resultado desse préesforço, as peças adquirem uma contra-flecha (curvatura invertida), que mais tarde é corrigida por intermédio das cargas definitivas de utilização. Um exemplo típico destes elementos é a vigota pré-esforçada para montagem de lajes. TMTC V

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128 Betão pré-fabricado As obras pré-fabricadas têm como principal vantagem a economia, em especial pela racionalização de meios de construção que permitem. Para além dessa vertente económica, traz vantagens evidentes em termos de qualidade de execução, de materiais e de tolerâncias uma vez que são produzidas em fábrica ou em condições especiais de estaleiro. TMTC V

129 A construção com elementos de betão préfabricado, incluindo elementos estruturais, está bastante disseminada em programas que requeiram grande áreas construídas e em que a repetição de elementos torna a construção modular. São exemplos típicos naves industriais, estádios, pavilhões, etc. São também largamente utilizados elementos pré-fabricados em contenções de obras públicas como estradas, pontes e viadutos. TMTC V

130 2. Sistemas estruturais Betão pré-fabricado: exemplo construído TMTC V

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