TÉCNICO EM EDIFICAÇÕES CÁLCULO ESTRUTURAL AULA 01- MÓDULO 02 Saber Resolve Cursos Online www.saberesolve.com.br
Sumário 1 Elementos Estruturais de um Edifício... 3 1.1 Elementos e definições... 3 1.2 Concreto Estrutural... 4 2 Concepção e o Projeto Estrutural... 5 2.1 Caminho das ações... 6 2.2 Traçado da Planta de Formas... 6 2.3 Desenho Preliminar... 7 2.4 Altura das Lajes... 8 2.5 Área de influência dos pilares... 9 3 Tarefa 01... 10 Saber Resolve Cursos Online www.saberesolve.com.br
1 ELEMENTOS ESTRUTURAIS DE UM EDIFÍCIO 1.1 Elementos e definições A concepção estrutural, ou lançamento da estrutura, consiste em escolher um sistema estrutural que atenda as necessidades do edifício. Essa etapa, uma das mais importantes no projeto estrutural, implica em escolher os elementos a serem utilizados e definir suas posições, de modo a formar um sistema estrutural eficiente, capaz de absorver os esforços oriundos das ações atuantes e transmiti-los ao solo de fundação. Deve-se levar em conta a finalidade da edificação e atender as condições impostas no projeto de arquitetura tanto quanto possível, visando os requisitos de qualidade estabelecidos nas normas técnicas quanto a capacidade resistente, desempenho em serviço e durabilidade. Os materiais utilizados em uma edificação podem ser definidos como: a. Partes resistentes: são os elementos da estrutura em concreto armado, responsáveis pela resistência e estabilidade da construção. Também recebem e transmitem todos os esforços e solicitações ao solo; b. Partes não resistentes: são o enchimento da construção (alvenaria, esquadrias e revestimentos). Neste curso, abordaremos o dimensionamento dos elementos das partes resistentes, considerando a carga produzida pelas partes não resistentes. Os elementos básicos de uma estrutura são: Lajes: são placas, geralmente horizontais, que constituem os pisos. Suportam diretamente as cargas verticais das ações de uso e as transmitem para seus apoios; Vigas: são barras horizontais, que dão apoio e delimitam as lajes, recebendo suas cargas e, eventualmente, de outras vigas; Pilares: barras verticais que garantem o vão vertical (pé direito) dos pavimentos, e recebem as ações das vigas, transmitindo as mesmas para as fundações; 3
Fundações: são elementos no solo (sapatas, estacas, blocos) que transmitem ao solo toda a carga proveniente dos pilares. Podem ser classificadas como diretas (rasas) ou profundas. 1.2 Concreto Estrutural Figura 1: Laje, fundação, pilar e viga O concreto é um material que apresenta boa resistência a compressão e baixa resistência a tração, porém as estruturas são sujeitas a ambos os esforços. Para compensar essa fragilidade, são dispostas ao longo das faces tracionadas, barras de aço que irão absorver os esforços de tração oriundos da flexão. A escolha pela barra de aço também se deve ao seu coeficiente de dilatação térmica ser da mesma ordem de grandeza que o do concreto, mantendo sua aderência em casos de dilatação ou retração do material frente a alterações de temperatura (por exemplo em situações de incêndio). Vantagens do concreto: Aumento da resistência a ruptura ao longo do tempo; Facilidade e economia na construção de estruturas contínuas, sem juntas; Elevada resistência ao fogo e ao desgaste mecânico. Desvantagens do concreto: Possui elevada massa específica (2,5 ton/m³). A utilização de agregados pode gerar redução de até 40%, porém são caros; Baixa proteção térmica; 4
Necessita de impermeabilização de superfícies em contato constante com água; Dificuldade para reformas e demolições. Numa viga ou laje, a região de ocorrencia de compressão é a parte superior, e a de tração, a região inferior. Caso a viga não tenha barras de aço, ela irá romper devido a seu peso próprio e as tensões de tração na região inferior. Quando as barras de aço são inseridas nessa região, há agora resistencia à tração na viga, e ocorrerão apenas fissuras na região tracionada. Figura 2: Comportamento de viga com e sem armadura de aço. 2 CONCEPÇÃO E O PROJETO ESTRUTURAL A escolha do sistema estrutural depende de fatores técnicos e econômicos, como a capacidade técnica para desenvolver e executar a obra, mão de obra disponível, equipamentos e disponibilidade de materiais na região. Além dos requisitos do projeto de arquitetura, deve atender simultaneamente os aspectos de segurança e econômicos (custo e durabilidade). Também é importante essencial considerar o comportamento primário dos elementos estruturais, que são: Lajes: placas solicitadas a flexão, que recebem as cargas dos pisos e as transfere para as vigas de apoio; 5
Vigas: barra horizontal sujeita a flexão, recebe o peso das alvenarias apoiadas sobre elas, as reações das lajes e de outras vigas, e transfere para os pilares; Pilares: barra vertical sujeita a compressão, fornece apoio as vigas e transmissão de cargas para fundações. Com conhecimento do comportamento primário dos elementos, seu posicionamento é concebido de forma a favorecer a transferência de cargas de forma mais direta possível, evitando sempre que possível o uso de vigas apoiadas sobre outras vigas, ou mesmo de pilares sobre vigas. Observa-se também a uniformidade entre os elementos, buscando vãos comparáveis entre si, e também a manter a estrutura revestida, com vigas e pilares embutidos nas alvenarias (condições estéticas do projeto de arquitetura). 2.1 Caminho das ações As edificações estão sujeitas a ações verticais e horizontais, que provocam efeitos significativos ao longo da vida útil da construção. As ações horizontais são decorrentes de eventos sísmicos, ação do vento (edificações altas) e empuxo de subsolos. As ações verticais são o peso próprio dos elementos estruturais, peso de revestimentos e alvenarias (entre outras ações permanentes) e ações de uso, de acordo com a finalidade do edifício (residencial, industrial, etc.). No trabalho que será proposto nesse curso, não serão abordadas as ações horizontais, pois trataremos de edifício de pequeno porte, em que os efeitos horizontais são pouco significativos. 2.2 Traçado da Planta de Formas A primeira tarefa é lançar as vigas sobre o projeto arquitetônico, de forma a contornarem toda a estrutura. Como o arranjo das vigas delimita as dimensões das lajes, aqui já pensamos em seu traçado formando lajes com dimensões entre 3,5 e 6,0 m, isso para manter o valor econômico do menor vão de lajes. Este traçado pode inicialmente ser feito sem muito compromisso, pois podemos alterar ou mesmo remover vigas futuramente. Por questões estéticas e visando maior facilidade no acabamento, a base das vigas segue as espessuras dos blocos de alvenaria, que usualmente são: 6
Vigas externas: 19 cm Vigas internas: 14 cm Após o traçado, iniciamos a inserção dos pilares na forma. Começamos colocando pilares nos cantos do edifício, e os demais, distantes entre 4 e 6 m. Distâncias muito grandes produzem vigas com dimensões incompatíveis e acarretam custos maiores a construção (consumo de concreto e aço, dificuldades na montagem da armação das formas, etc.). Devem ser dispostos sempre que possível alinhados, afim de formar pórticos que contribuem significativamente na estabilidade global, e no cruzamento entre vigas, com a finalidade de travar os pilares nas duas direções. São dispostos pilares no entorno de escadas e de forma a sustentar a caixa d água. Em casas e sobrados é comum a caixa d água ficar acima da escada, aproveitando os mesmos pilares. Os pilares internos embutidos nas alvenarias, também respeitando o projeto de arquitetura. Apesar de sempre evitarmos apoiar viga sobre viga existem situações que não são possíveis de contornar, ou pela disposição da arquitetura ou por não ser possível a inserção de um pilar, então consideramos a viga apoiada (primária) como uma carga pontual sobre a viga que serve de apoio (secundária). Este caso será abordado na aula de dimensionamento de vigas. 2.3 Desenho Preliminar Com o arranjo inicial da planta de forma, podemos seguir para o desenho propriamente dito. Como atividade prática, no decorrer do curso vamos dimensionar a planta de uma edificação simples de um (01) pavimento. Em edifícios residenciais o ideal é que a altura das vigas não ultrapasse 60 cm, para não interferir em portas e janelas, e que todas tenham a mesma altura, para auxiliar no cimbramento. A numeração dos elementos é feita da esquerda para a direita, e de cima para baixo. Lajes são nomeadas como L1, L2, vigas como V1, V2, e pilares como P1, P2. Para vigas e pilares inserimos ao lado suas dimensões, por exemplo, a viga 1 de base b=20 cm e altura h=60 cm seria escrita como V1 (20X60). 7
2.4 Altura das Lajes Com o contorno das lajes definido, passamos a definir suas alturas. A altura h (cm) é estimada como 2,5% do menor vão de cálculo da laje, obedecendo as espessuras mínimas de acordo com NBR 6118:2014: a. 7 cm para coberturas não em balanço; b. 8 cm para lajes de piso em não balanço; c. 10 cm para lajes em balanço; d. 10 cm para lajes sujeitas a passagem de veículos com peso até 30kN; e. 12 cm para lajes sujeitas a passagem de veículos com peso acima de 30kN. Na figura 3 temos um exemplo de lajes em planta de forma. Vamos definir seus vãos de cálculo (distância eixo a eixo dos apoios) e alturas h. Para L2 temos: Figura 3: Laje maciça (L3) e laje rebaixada (L2). lx = 123 + 12 = 135 cm (menor lado) ly = 378 + 12 = 390 cm 8
h (2,5%) lx = 0,025 135 = 3,4 cm < 8 cm h = 8 cm Para L3 temos: lx = 213 + 12 = 225 cm (menor lado) ly = 378 + 12 = 390 cm h (2,5%) lx = 0,025 225 = 5,6 cm < 8 cm h = 8 cm 2.5 Área de influência dos pilares A seção transversal dos pilares é definida pela carga total atuante no pilar, considerando as cargas das lajes e vigas em seu entorno. Para determinar essa carga consideramos a área de influência do pilar de acordo com a figura 4, sempre delimitando os lados dos quadrados no meio do vão entre pilares. Para P3 temos: Ainf. P3 = (0,06+1,23+0,12+2,13+0,06) 2 Figura 4: Áreas de influência de pilares. (0,06+3,78+0,06) 2 = 1,8 1,95 = 3,51 m 2 9
Considerando que um edifício pronto, com todos os acabamentos e em uso pesa em média Pmed = 1000 kg/m², temos a carga do pilar P3: P3 = (Ainf. P3) Pmed = 3,51 1000 = 3510 kg m² 3 TAREFA 01 Como tarefa para a aula 01, vamos utilizar a planta de arquitetura no final da apostila. O arquivo está disponível em DWG para edição no AutoCad. Os itens a se cumprir aqui são: a. Desenhar o traçado das vigas sobre a planta de arquitetura, lembrando que há diferença de base entre vigas interenas e externas; b. Determinar a posição dos pilares; c. Determinar o contorno e altura h de cada laje, e com a média das alturas determinar a altura final; d. Determinar a área de influencia das dos pilares e sua carga. 10