MODELAGEM DOS SISTEMAS ESTRUTURAIS Aula 02: Definições Básicas

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1 Universidade Federal do Rio de Janeiro Faculdade de Arquitetura e Urbanismo Departamento de Estruturas MODELAGEM DOS SISTEMAS ESTRUTURAIS Aula 02: Definições Básicas Profa. Dra. Maria Betânia de Oliveira betania@fau.ufrj.br mboufrj.weebly.com

2 Aula 2 Estruturas da Natureza. Elementos Estruturais Básicos. Classificação dos Sistemas Estruturais. Ações nas Estruturas. Objetivos Entendimento dos conteúdos apresentados na aula. Metodologia Apresentação e discussões sobre o tema da aula. Atividade Discente Participar da aula e estudar os assuntos abordados.

3 Projeto das Máquinas Voadoras de Leonardo da Vinci Registro do processo da busca de um modo para que o homem pudesse voar. Convicção de que o homem é capaz de entender a natureza e superar a sua capacidade criativa. Estudos anatômicos de uma asa.

4 Estruturas da Natureza As estruturas comportam-se da mesma maneira, sejam elas estruturas de edificações, de objetos ou da natureza. Arco de Pedra The Landscape Arch Maior arco natural do mundo em extensão. 90 metros de vão 32 metros de altura 3,6 metros de espessura mínima

5 Estruturas da Natureza Teia de Aranha Complexo Olímpico de Munique, Alemanha, 1971 Frei Otto

6 Estrutura como caminho das forças Estruturas da Natureza Estruturas da Natureza como fonte de inspiração para as Concepções Arquitetônicas e Estruturais. Asa da libélula Nervuras Gatti Wool Factory in Rome, Roma, Italy, Pier Luigi Nervi Nervuras

7 Estruturas da Natureza Palácio do Trabalho, Turim, Itália. Pier Luigi Nervi com colaboração de Antonio Nervi, Analogia à natureza - ainda que de forma não proposital. Cogumelo

8 Modelo Físico Palácio do Trabalho, Turim, Itália. Pier Luigi Nervi com colaboração de Antonio Nervi, 1960.

9 Estruturas da Natureza Modelagem dos Sistemas Estruturais Restaurante Los Manantiales, Cidade do México, Félix Candela Casca com vão de 30m e espessura de10cm Necessidade de gerenciamento das forças. Concha Marinha Pressão da água Elevados esforços de compressão Espessura fina

10 Estruturas da Natureza Modelagem dos Sistemas Estruturais Cobertura do Panteão de Adriano em Roma Alvenaria, argamassa de cal e pozolana Relação entre forma e boa resistência à compressão dos materiais disponíveis Analogia Casa João-de-Barro Cúpula de barro e fibras Relação entre forma/forças/material

11 Panteão em Roma Modelagem dos Sistemas Estruturais

12 Turning Torso, Suécia, Edifício com 190m de altura e 54 andares. Santiago Calatrava

13 Em determinado período dediquei-me ao estudo das formas orgânicas com as quais o meu trabalho tem algumas analogias. Allen Lambert Galleria, Toronto, The crystal cathedral of commerce Santiago Calatrava

14 Classificação dos elementos estruturais de acordo com as suas dimensões. Elemento de volume - Bloco Três dimensões com mesma ordem de grandeza. Exemplos: sapatas e blocos de fundação. Elemento de superfície - Lâmina Duas dimensões com a mesma ordem de grandeza e bem maiores que a terceira dimensão. Curvatura nula em todas as direções: placas, chapas. Curvatura diferente de zero: cascas, membranas. Exemplos: lajes dos pavimentos dos edifícios, paredes das caixas de água, lajes das escadas, paredes de arrimo e coberturas em cascas. Elemento linear - Barra Duas dimensões com a mesma ordem de grandeza e bem menores que a terceira dimensão. Exemplos: cabos, vigas, pilares, treliças, pórticos, grelhas e arcos. Mesma ordem de grandeza - valores das dimensões com relação até 1/10.

15 Sistemas Estruturais Usuais Viga e Pilar Treliça Folha Cabo Placa Membrana Arco Casca Estrutura Reticulada

16 Sistema estrutural básico das edificações: sistema laje-viga-pilar

17 Identificação dos elementos estruturais Perspectiva do sistema estrutural de edifício em concreto (MACGREGOR, 1988) Maria Betânia de Oliveira

18 Distribuição das Forças nas Estruturas Geometria das Forças Usualmente, a geometria dos carregamentos acompanha a geometria das estruturas sobre os quais elas atuam. Forças de Superfície Forças Concentradas Forças Lineares TRELIÇAS Treliça Plana Sistema plano constituído por barras dispostas de modo a formar painéis triangulares. Sistema estrutural submetido a carregamento concentrado nos seus nós.

19 Classificação dos elementos estruturais de acordo com os carregamentos. Laje Elemento de superfície, em concreto, submetido a carregamento perpendicular ao seu plano. Parede Elemento de superfície, submetido a carregamento paralelo ao seu plano. Viga Elemento linear, disposto horizontalmente ou inclinado submetido a carregamento perpendicular ao seu eixo. Pilar Elemento linear, disposto verticalmente submetido a carregamento paralelo ao seu eixo.

20 Classificação dos sistemas estruturais de acordo com os carregamentos. Pórtico Plano Sistema plano constituído por barras, submetido a carregamentos coplanares. Grelha Sistema plano constituído por barras, submetido a carregamentos não coplanares.

21 Estrutura de Cabo (tensoestrutura) Estrutura de Membrana (tensoestrutura) Fio Barra esbelta que só pode resistir à tração. Cabo Conjunto de fios. Lâmina Corpo em que uma das dimensões é muito menor do que as outras duas. Folha Estrutura constituída por uma ou mais lâminas. Casca Folha curva. Membrana Casca esbelta que só resiste à tração.

22 AÇÕES Tudo aquilo que pode produzir esforço ou deformação na estrutura. Exemplo: gravidade, eólica, incêndio, choque, explosões, etc. O efeito das ações são as forças nas estruturas. Exemplo: peso dos materiais (próprio), pressão de vento, dilatação Valores das ações Normas (estatística/padronização) Fabricante do produto utilizado Medições

23 Ações Permanentes pesos próprios dos elementos estruturais e construtivos pesos dos equipamentos fixos empuxos devidos ao peso próprio de terras não removíveis protensão recalques de apoio retração dos materiais Ações Variáveis Ações Excepcionais sobrecargas das construções explosões forças de frenagem, de impacto e centrífugas choques de veículos efeitos do vento incêndios variações de temperatura enchentes pressões hidrostáticas sismos excepcionais

24 Ações Permanentes por Unidades de Área Componente Material Ação Permanente (KN/m 2 ) Tijolos maciços, com 25cm de espessura 4,0 Parede Tijolos maciços, com 15cm de espessura 2,5 Tijolos furados, com 23cm de espessura 3,2 Tijolos furados, com 13cm de espessura 2,2 Tijolos de concreto, com 23cm de espessura 3,5 Tijolos de concreto, com 13cm de espessura 2,2 Tijolos de concreto celular, com 23cm de espessura 0,8 Tijolos de concreto celular, com 13cm de espessura 0,5 Cobertura Com telhas cerâmicas, com madeiramento 1,2 Com telhas de fibrocimento, com madeira 0,4 Com telhas de alumínio e estrutura de aço 0,3 Com telhas de alumínio e estrutura de alumínio 0,2 Forros Com painéis de gesso, com estrutura de madeira e aço 0,5 Com blocos sólidos de gesso 0,7 Caixilho Com estrutura de alumínio, com vidros 0,2 Com estrutura de aço, com vidros 0,3 Telhas De fibrocimento tipo Canalete 43 0,28 De fibrocimento tipo Canalete 90 0,25 Obs.: Nas ações das paredes estão incluídas as relativas aos pesos das argamassas de assentamento (1cm) e de revestimento (1,5 cm em cada face). Nas coberturas foram consideradas as massas das telhas úmidas devido à ação da chuva.

25 Valores mínimos das ações variáveis normais de utilização Ambiente Arquitetônico Ação (KN/m 2 ) Casas de máquinas (incluindo a massa das máquinas) a ser determinada em cada caso, porém com 7,5 o valor mínimo de Corredores Com acesso ao público 3 Sem acesso ao público 2,5 Edifícios Residenciais Dormitórios, sala, copa, cozinha e banheiro 1,5 Dispensa, área de serviço e lavanderia 2 Escadas Com acesso ao público 3 Sem acesso ao público 2,5 Escolas Anfiteatro com assentos fixos 3 Corredor e sala de aula 3 Outras salas 2 Escritórios Salas de uso geral e banheiro 2 Forros Sem acesso à pessoas 0,5 Galerias de arte A ser determinada em cada caso, porém com o mínimo de 3 Galerias de Lojas A ser determinada em cada caso, porém com o mínimo de 3 Garagens e Para veículos de passageiros ou semelhantes com carga máxima de 25KN por 3 estacionamentos veículo Ginásio de esportes 5 Terraços Sem acesso ao público 2 Com acesso ao público 3 Inacessível a pessoas 0,5

26 Exercícios da Aula 2 1. Definir e desenhar: (a) sistema estrutural; (b) elemento estrutural; (c) elemento de barra, elemento de superfície e elemento de volume. 2. Definir e desenhar: (a) Viga; (b) Pilar; (c) Laje. 3. Definir e desenhar: (a) Treliça; (b) Grelha; (c) Pórtico. Modelagem dos Sistemas Estruturais 4. Definir e desenhar: (a) Membrana; (b) Casca; (c) Cabo; (d) Arco.

27 Bibliografia da Aula 2 LINDENBERG NETO, H. Estruturas da Natureza. Acesso: 28 fev Modelagem dos Sistemas Estruturais 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: SANTOS, C. O desenho como processo de aplicação da biomimética na Arquitetura e no Design. Tópos, v. 4, n. 2, p , Acesso: 28 fev VASCONCELOS, A. C. Estruturas da Natureza - um estudo da interface entre Biologia e Engenharia. Studio Nobel, 2000.