Apostila Cálculo estrutural

Transcrição

1 Apostila Cálculo estrutural Arq. Naiara Ramos Curso: Mestre de obras

2 1 CONCEITO: Quando falamos sobre estrutura para uma edificação, estamos falando sobre um conjunto de peças únicas, mas que juntas formam um quebra-cabeça. Esse quebracabeça funciona para distribuir o peso até o solo e também travar a estrutura sempre na mesma posição, mesmo que aconteça uma grande tempestade de vento, ou uma trepidação do solo devido a um grande fluxo de veículos na rua. É esse quebra-cabeça que tem que sustentar a edificação, e tem que ser forte para resistir além do seu peso próprio, resistir ao peso dos ocupantes e a toda força da natureza. FUNÇÃO: A função da estrutura é garantir a estabilidade e resistência da edificação, ela também tem a função de distribuição das cargas até o solo e suportar as forças atuantes sobre ela, tudo isso sem comprometer a segurança e nem apresentar por qualquer que seja o motivo, patologias como fissuras nas paredes, descolamento de acabamento, entre outros. PESO PRÓPRIO: Observe que se hoje construir uma casa térrea, a carga de peso que as estruturas terão de suportar será imensa, o concreto armado por exemplo, aquela estrutura mais comum que é moldada com formas de madeira e preenchida com uma mistura de brita, areia e cimento, e dentro tem um esqueleto de aço composto por vergalhões, pesa em média 1500kg por metro cubico, isso quer dizer que 1 pilar de 20cm x 20cm e altura de 2,80m pesa em média 168kg! PESO POR OCUPAÇÃO: Agora imagine que daqui a 10 anos essa mesma edificação não será mais uma casa térrea e sim um prédio de 3 andares para uso comercial. O novo proprietário é um escritório de contabilidade e precisa arquivar cópias dos documentos... Quais as chances dessa simples estrutura suportar sem danos a essa mudança de uso? É por isso que se algo do gênero acontecesse, seria necessária uma adequação das estruturas. FORÇAS DA NATUREZA: Esse sistema de encaixe das peças individuais da estrutura, tendem a distribuir o peso de forma homogênea, e ainda travar o movimento das peças, pois, a força atuante dos ventos podem sim danificar a estrutura.

3 2 HOJE O MERCADO DA CONSTRUÇÃO CIVIL representa 6,2% do PIB nacional, isso é 34% do total da indústria (fonte: isso quer dizer que o mercado se renova a fim de atender as mais diversas necessidades, afinal, muitos fatores influenciam nas decisões na hora de se construir. Veja, o cliente por exemplo, ele quer construir olhando o bolso dele, mas tem várias exigências quanto aos materiais de construção utilizados e o impacto que terá enquanto estiver usando essa edificação, se tem cisterna para captação das águas da chuva, se é bem vedada dos ruídos dos vizinhos, se ela esquenta demais no verão... Quando falamos sobre tipo de estrutura elas também influenciam no resultado final, porém além de considerar as exigências do cliente, as condições desse terreno é que vai dizer o que pode ou não. Dependendo da região do país, como no Sul por exemplo, ainda é bem comum construir com madeira, afinal, a madeira ajuda a aquecer o ambiente. Já no Nordeste, o uso do barro como na construção em adobe ou pau a pique ajuda a conter o calor do lado de fora, já que o barro é um ótimo isolante térmico. O solo é extremamente condicionante, por exemplo uma casa na praia, o solo no litoral é muito arenoso, cerca de 70% das partículas são de areia, sendo assim o solo fica leve, fácil de fluir com a frequência das chuvas no verão e ainda sem resistência alguma a força de compressão... esse tipo de solo exige uma fundação profunda, a fim de chegar as partes mais resistentes do solo antes de construir. Já no caso de construir em uma região de solo firme, solo argiloso, geralmente ele é até mais alaranjado, cor mais comum de argila, trata-se de um solo ótimo para construir, onde podemos utilizar as opções de fundações mais superficiais.

4 3 :VIGA BALDRAME É frequentemente usada como fundação direta em casos de baixa carga, como em casas térreas, e de solo muito bom, firme e seco. É exatamente o que o nome diz, uma viga construída diretamente no solo numa pequena vala e percorre todo o perímetro da edificação. RADIER: É pouco utilizada no Brasil, pois trata-se de uma laje que fica em contato com o solo distribuindo a carga da edificação uniformemente pelo solo. Mais indicados para baixa carga como casas térreas ou sobrados, mas onde o solo não é tão firme porem ainda é seco. :SAPATA CORRIDA Muito semelhante a Viga Baldrame, ela também é uma estrutura que percorre toda a edificação, e distribui uniformemente o peso da obra, e é construída diretamente no solo, dentro de uma escavação e deve ser bem armada e estruturada a fim de resistir a um peso maior como no caso de um sobrado, onde o solo já não é tão firme. SAPATA ISOLADA: Sapata isolada também pode ser moldada enloco ou ser prémoldada, trata-se de um grande bloco de concreto armado onde se apoiam os pilares que suportam o peso da edificação. Esse tipo de estrutura, distribui de forma concentrada a carga da edificação no solo. Mesmo sendo considerada como fundação rasa ou direta, atinge uma profundidade de escavação maior, pois ela é geralmente indicada para edificações maiores onde o solo não é tão firme. :SAPATA ISOLADA COM VIGA BALDRAME Também muito comum é ver Viga Baldrame conectando os pilares que chegam as sapatas isolada a fim de contribuir para melhor distribuição das cargas e impedir a movimentação dos blocos das sapatas isoladas. Indicado para edificações maiores e onde o solo não é muito firme ou pode ter um solo mais misto, ou úmido, onde o solo se comporta de formas diferentes em relação a carga.

5 4 :ESTACA BROCA OU PERFURADA Trata-se de uma perfuração feita no solo, podendo chegar até 6 metros de profundidade. Preenchida com concreto plastico bombeado. As brocas devem ser interligadas com viga baldrame. Assim como as sapatas isoladas, elas também devem estar conectadas aos pilares da edificação. Utilizadas desde edificações de pequeno porte até pequenos prédios, esse sistema é adotado também quando o solo não é firme ou talvez rochoso. ESTACA PRÉ-MOLDADA OU BATE ESTACA: Sistema adotado em edificações maiores, onde o solo não é muito firme, ou onde se precise de uma construção rápida. Porem esse sistema não pode ser adotado quando se existe outras edificações por perto, pois a força de instalação pode danificar os prédios vizinhos... muitas vezes é recomendado o uso de estaca perfurada ou de tubulão. O sistema de Tubulão é idicado para prédios, pontes, porem se trata de uma estrutura onde o solo é cavado e o concreto é injetado com ajuda de ar comprimido. PILAR: Essa é a peça da estrutura que leva o peso da edificação até o solo. É a única estrutura que está em pé, na vertical, então já se presume que alem de fundamental, ela é a primeira a apresentar problemas quando está com sobrepeso. O pilar pode ser construído com formas de madeira, preenchido com concreto injetado (mistura de cimento, brita e areia). Geralmente está nas extremidades do comodo. Nesse caso, utilizamos paredes de fechamento, onde sua única função é limitar os espaços e fechar a edificação. Também podemos adotar paredes estruturais onde ela tem função na estrutura, o pilar é fragmentado dentro da parede, onde ao invés do uso das formas da madeira, o concreto é injetado nos furos do tijolo, e toda a parede se torna um grande pilar, distribuindo o peso por toda sua extensão. VIGA: Distribui o peso da laje e trava os pilares na mesma posição, impedindo de se movimentar ou cair. Quando utilizamos parede de fechamento essa viga até pode deitar sob essa parede, mas ele não depende da parede para permanecer firme, alias, muitas vezes vemos a viga passando e nenhuma parede ampaparando ela... isso porque queremos um espaço maior, como no caso de cozinha americana ou até mesmo estacionamento no subsolo de um shopping. A viga também pode ser embutida na parede estrutural, e por fim terminar essa parede com uma cinta de amarração.

6 5 LAJE: trata-se do plano da edificação, o que cobre as nossas cabeças em caso de edificações terreas, ou e onde pisamos propriamente, quando temos um sobrado ou prédio por exemplo. A função da laje é resistir e distribuir o peso da ocupação, ou seja das pessoas e dos moveis, e distribuir esse peso para a estrutura que vai derramar essa carga até o solo. Algumas variaveis interferem no tipo de laje escolhida, de acordo com cada projeto, tamanho do vão a ser vencido, carga que vai suportar, tempo de obra, tempo de cura do concreto, enfim. LAJE TRELIÇADA: Comumente vemos laje treliçada, onde utiliza de pequenas vigotas que assim vão distribuir esse peso encima da viga. E se utiliza lajota de ceramica ou isopor para fechar o vão entre as treliças, só depois disso que é executado o contrapiso e pode receber o acamento final. :LAJE MACIÇA Esse tipo de laje é mais comum em prédios, ou uma carga de ocupação maior. A laje maciça vai ser moldada com formas de madeira e uma grelha de aço para suportar o peso. LAJE NERVORADA: Esse tipo de laje também é ideal para prédios ou para uma carga de ocupação maior. Um pouco mais complexa para execução do que a laje maciça, acaba senso mais leve por utilizar menos concreto. :LAJE PRÉ FABRICADA Conhecida também como painel alveolar, é fabricada fora do ambiente da obra, é geralmente utilizada em grandes empreendimentos e seu calculo é desenvolvido pela empresa fornecedora.

7 6 CADA UMA DESSAS PEÇAS que compõe a estrutura da edificação são representadas a sua maneira dentro da planta. A compatibilidade dos diversos projetos é importantíssimo, a fim de evitar gambiarras futuras ou quebra-quebra na obra recém construída. Por exemplo, se adotar a escolha da fundação tipo Radier, a parte hidráulica tem que ser executada em conjunto a execução da fundação, pois assim que finalizar a concretagem do Radier, não é mais possível finalizar a saída de esgoto. O mesmo dizemos quanto a corte na viga para passagem de eletroduto, ou outras tantas e diversas gambiarras que vemos por ai, que certamente comprometem a qualidade da edificação. Agora, para entender como se lê a planta de estrutura, vamos fracionar e identificar cada um dos itens que compoe essa estrutura: IDENTIFICANDO OS PILARES Os pilares como vimos antes, são as estruturas verticais e estão normalmente localizados nas extremidades do comodo, e normalmente são construídos de um jeito a parecer parte da parede, evitando saliência na parede desnecessariamente. Vamos enumerar cada pilar, da esquerda para a direita, de cima para baixo.

8 7 IDENTIFICANDO AS VIGAS As vigas são estruturas horizontais que distribuem a carga da laje para o pilar e também amarram os pilares em seus lugares. As vigas também são construídas com ajuda de formas de madeira, e tendem a ser escondidas nas paredes por efeito estético. Assim como o pilar, é preciso enumerar, de cima para baixo, da direita para a esquerda, primeiro as que se vê na horizontal do desenho, depois a que se vê na vertical no desenho. IDENTIFICANDO AS LAJES As lajes são as estruturas planas da edificação. Elas podem sim ser eliminadas em caso de edificações terreas. Essa estrutura é deitada sob a viga, e também utiliza de formas de madeira para modelar e suportar sua carga enquanto o concreto está secando ou curando. Vamos enumerar elas também da esquerda para a direita, de cima para baixo.

9 8 IMPORTANTE: O cimento é um agente quimico, que entra em reação no contato com a água. Como uma massa de bolo, ele se torna uma pasta se misturada com as quantidades certas dos demais componentes, essa mistura chama-se traço. O traço diz quantas partes de cimento, de água, de areia ou brita deve conter para chegar na massa certa para cada uso na obra, seja como concreto da estrutura ou do chapisco para o acabamento. O concreto leva em média 28 dias para cura, onde cura quer dizer que ele chegou ao ponto de resistência certa, secagem correta sem fissuras. Existem aditivos que retardam ou aceleram o processo de cura, ou que tornam o cimento mais resistente a humidade ou ao fogo, depende de cada necessidade. As formas de madeira não atuam na estrutura, são descartadas após a cura do concreto. Elas são utlizadas apenas para conter a massa em seu molde ideal. Não é a parede que dá forma, modelagem ou resistência para a estrutura. É a necessidade da estrutura que vai dizer qual a espessura da parede, e ainda assim vemos vários casos onde a estrutura está visível, pois não adianta perder espaço dentro do comodo para uma parede ter 40cm de espessura que vai sobrecarregar o peso na estrutura... Analisando o exemplo acima, poderiamos ter considerado apenas 4 pilares e 1 única laje? Claro que sim. Porém, a dividimos para que as estruturas fiquem enxutas, pequenas, e sejam distribuidas homogeneante ate o solo.

10 9 ESSE SISTEMA ESTRUTURAL é utilizado desde a Grécia antiga, a sociedade usava muito tempo e esforço para construir, as ferramentas e tecnologia era limitadas, e objetivo das construções eram de ser vistas do céus pelos seus deuses, portanto deveriam durar para sempre. Hoje a tecnologia nos permite ter acesso a construções para nosso próprio uso, onde a intenção é que dure pelo menos a nossa própria vida toda. O entendimento desse sistema construtivo permanece até hoje, mudamos a estética, mas a forma usar o sistema estrutural, é igual. Laje, viga, pilar e fundação. No passado elas eram feitas de pedra, eram maciças, hoje o cimento tenta imitar essa condição. Outra melhoria alcançada com o tempo, foi o uso do aço. A pedra resiste bem a força do peso, (força de compressão), porem não resiste as outras forças de deformação (tensão ou tração). Entendendo as reações as forças, foi possível construir combinando os 2 materiais, e assim gastar com menos material, obter menos peso e mais agilidade na obra. CUIDADOS: É importantíssimo executar a obra se atentando a necessidade do projeto, equalizar a necessidade estética sem comprometer a qualidade. Estruturas não são peças descartáveis, pelo contrario, a beleza da edificação está em ser segura. Na hora de encher a forma de um pilar por exemplo, o concreto deve ser lançado metro a metro, seja com a ajuda da mangueira que bombeia o concreto fora da betoneira, ou com um balde. Isso para evitar a formação de bolhas de ar, que certamente diminuem a resistência desse pilar. A água da mistura do traço também deve ser uma agua limpa, agua salgada ou suja deixa o concreto frágil, vai perder a alcalinidade natural dele, a agua da chuva vai infiltrar na estrutura, o aço vai expandir e romper o concreto, danificando a edificação. Aumentar a proporção de um pilar, ou de uma viga, a fim de deixar mais resistente, alem de não ser necessário, acaba sobrecarregando a estrutura que não foi dimensionada para um peso extra. Uma estrutura bem feita, com cuidado com a impermeabilidade, com a execução, com os materiais adotados, farão dessa edificação resistente e ela vai durar pelo menos o mínimo, 50 anos!

11 10 SOBRE PRÉ DIMENSIONAMENTO, é possível chegar a uma medida considerada mediamente ideal, claro que existem cálculos específicos, porem saber pré dimensionar é fundamental, para entender se o que foi discriminado vai realmente suportar o peso da edificação, ou se irá sobrecarregar a estrutura. LAJES Uma laje treliçada se distribui no sentido do menor vão. E então dividir essa medida por 40. Exemplo: L1 tem a medida 3,10m x 3,80m. Então a treliça tem que vencer o vão de 3,10m. 3,10 / 40 = 0,07m Vemos então uma laje de altura de 7cm, menor medida tolerada. Se por acaso no pré dimensionamento der uma medida inferior a 7cm, arredondar até chegar a 7cm. VIGAS Em caso de viga simples Bi apoiada, pegar seu comprimento e dividir por 10 Exemplo: V1 tem 3,10 / 10 = 0,31m Arredondar para cima para o proximo multiplo de 5, então a medida seria 35cm de altura.

12 11 PILAR Primeiro é preciso entender a área de influência das cargas sobre o pilar. No caso do P1 a área é 1,60m x 1,90 = 3,04m² Vamos considerar que o peso do concreto é de 1000kgf/m² 3,04 x 1000 = 3040kgf/m Transformar o peso de m para cm 3040 / 100 = 30,4kgf/cm 30,4 = 5,48cm Isso quer dizer, um pilar de 5,48cm x 5,48cm, resistiria ao peso de 3040kgf Adotar o padrão de pilar mínimo de 15cm x 15cm. *O vão máximo suportado por esse pré-dimensionamento é de 12 metros Esse pré-dimensionamento é válido para entender e interpretar a execução das estruturas na obra, não substitui o cálculo desenvolvido por um engenheiro estrutural! Fontes: