ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS. Programa Métodos de Ensino Avaliação de Conhecimentos. João F. Almeida FEVEREIRO 2014

ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS Programa Métodos de Ensino Avaliação de Conhecimentos João F. Almeida FEVEREIRO 2014 ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS, MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL, IST 1

INTRODUÇÃO E ENQUADRAMENTO NO CURSO Unidade Curricular ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS, disciplina da área de projecto, do Mestrado Integrado em Engenharia Civil. Unidade curricular do Grupo de Disciplinas de Betão Armado e Pré-Esforçado, integrada no conjunto de opções de Estruturas, mas podendo ser igualmente escolhida como opção livre nas restantes áreas de especialização. O conjunto de disciplinas do perfil proporciona uma formação de base adequada em análise e dimensionamento de estruturas, particularmente no que se refere às estruturas de betão; no entanto, a formação geral leccionada nas diversas disciplinas anteriores deve ser enquadrada, e, também complementada. Em particular nas disciplinas de Betão Armado e Pré-Esforçado I e II, desde logo pela sua natureza de disciplinas introdutórias ao betão estrutural, mas tambem pela sua localização no curriculum do curso, não é possivel abordar alguns aspectos importantes, com carácter mais aplicado, em particular à área do projecto de estruturas de edifícios. 2

Dono de Obra IMPORTÂNCIA / VALORIZAÇÃO DO PROJECTO O PROJECTO é uma actividade fundamental para o sucesso e bom desempenho dos empreendimentos. Mesmo no caso dos Edifícios, em que a Estrutura representa, em geral, apenas 15% a 25% do custo total da construção, ela é responsável pela segurança da generalidade dos materiais e equipamentos referentes às diversas especialidades. Construtor Gestão de Obra Art s Business & Hotel Center, Lisboa, 2005 Torre de S. Gabriel, Parque das Nações, Lisboa, 2000 PROJECTO ESTRUTURA Outras Especialidades: Arquitectura Geotecnia Instalações Técnicas Ambiente Hidrologia Projectar estruturas é uma actividade profissional muito motivadora. O Projecto nasce de uma localização e de uma função, aspectos que estabelecem em geral as suas condicionantes principais, que, uma vez devidamente compreendidas e hierarquizadas, permitem dar início à concepção ( conceptual design ) da estrutura. 3

A FASE DE CONCEPÇÃO... as relações entre a função, a forma, os materiais e os processos construtivos, do que deverá resultar o conjunto das melhores soluções possíveis para o problema em estudo; é essencial compreender o funcionamento dos sistemas estruturais e exercitar os caminhos das cargas através da estrutura, por forma a saber julgar a adequabilidade do conceito estrutural e avaliar as dimensões dos vários elementos estruturais. Hipódromo de la Zarzuela, Madrid, 1939 Eduardo Torroja (1899-1961) Las teorías rara vez dan más que una comprobación de la bondad o del desacierto de las formas y proporciones que se imaginan para la obra. Estas han de surgir primero de un fondo intuitivo de los fenómenos, que ha quedado como un poso íntimo de estudios y experiencias a lo largo de la vida profesional....y el caso es que en las escuelas hay tanto que aprender que rara vez queda tiempo para pensar....porque es absurdo descender a la concreción cuantitativa sin la seguridad de tener encajado el conjunto en sus acertados dominios. Es um erro demasiado corriente empezar a calcular la viga número 1 sin haber antes meditado si la construcción debe llevar vigas o no ; 4...tan inútil es aprender sin meditar, como es peligroso pensar sin antes haber aprendido de outros.

CONCEPÇÃO PRÉ-DIMENSIONAMENTO Emil Mörsch (1872-1950) CONCEPÇÃO MODELAÇÃO ANÁLISE VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇA - Modelos globais... nothing is more practical than a good theory... - Modelos locais g P g + P MODELAÇÃO - Regiões particulares ANÁLISE ESTRUTURAL C' { C C'-C C VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇA T' { C'-C T T 5

OBJECTIVOS Motivar os estudantes para a actividade de projecto de estruturas de edifícios. A este propósito, é muito importante melhorar a cultura e promover o orgulho na profissão dos alunos finalistas na área de projecto de estruturas: aprende-se fazendo, mas, também, estudando a Obra de Engenheiros reconhecidos e Projectos de obras executadas. Introduzir e sistematizar as diversas fases em que se desenvolve o projecto de estrutura e os elementos que as constituem. Salientar a importância da correcta definição e hierarquização das condicionantes do projecto. Situar as fases de análise e de dimensionamento no processo do projecto. Realçar, muito em particular, a importância que tem, num sentido muito geral, a fase de concepção de uma estrutura sobre a sua qualidade e economia. Integrar e aprofundar os conhecimentos leccionados em disciplinas anteriores do curso, nos domínios da análise e dimensionamento de estruturas, de forma aplicada ao projecto de estruturas de edifícios de betão. Complementar a formação de base adquirida pelos alunos na área do betão estrutural, nomeadamente nas disciplinas de Betão Armado e Pre-Esforçado I e II, em temas aplicados ao projecto de estruturas de edifícios, que, pela sua especificidade e carácter de aplicação, não tenham sido leccionados nas disciplinas anteriores. Salientam-se, em particular, os aspectos relacionados com: Comportamento de elementos de betão submetidos a acções cíclicas. Análise dos efeitos das deformações impostas e restringidas em estruturas de betão, aspecto relacionado com a concepção das juntas em edifícios. Comportamento e verificação da segurança de elementos de betão para a acção do fogo. Aplicações do pré-esforço em estruturas de edifícios. 6

PROGRAMA / SUMÁRIOS AULA AULAS TEÓRICAS (2h) 1 Programa e organização da disciplina. Enquadramento da actividade de Projecto Fases e constituição de um projecto 2 Condicionantes gerais e exigências de desempenho. As condicionantes arquitectónicas 3 4 Concepção / Sistemas estruturais de edifícios: Comportamento estrutural para acções verticais e horizontais. Os Novos Betões no projecto de estruturas de edifícios. Síntese das principais indicações de pré-dimensionamento. AULAS PRÁTICAS (1,5h) Âmbito e organização do trabalho de Projecto a desenvolver. Constituição dos grupos. Entrega dos enunciados dos trabalhos. Análise e interpretação dos elementos do projecto de arquitectura. Condicionantes principais. Definição da solução estrutural: implantação de elementos verticais e análise de soluções alternativas para a estrutura dos pavimentos. Quantificação das acções. Pré-dimensionamento dos elementos estruturais. 5 Projecto de edifícios em zonas sísmicas: Modelação das estruturas. Sistemas estruturais e aspectos gerais de concepção. Modelação e análise de edifícios em zonas sísmicas. 6 Comportamento de elementos de betão armado Análise de resultados e verificação da segurança. submetidos a acções cíclicas. Dimensionamento e pormenorização de armaduras em Dimensionamento e pormenorização de armaduras em 7 zonas sísmicas. Indicações da NP EN 1998-1. elementos tipo. Mapas de quantidades e estimativa orçamental. 8 Deformações impostas em edifícios: Análise e verificação da segurança; juntas em edifícios 9 Acção do fogo em estruturas de betão: Comportamento e verificação da segurança Síntese da organização das peças escritas e desenhadas. Conclusão das aulas referentes ao Estudo Prévio do edifício. Desenvolvimento de uma solução pré-esforçada. 10 Pré-esforço em estruturas de edifícios: Concepção e modelação. Critérios de dimensionamento. 11 Tecnologia de sistemas pós-tensionados em edifícios. Análise de resultados e verificação da segurança. Lajes pós-tensionadas: modelação, dimensionamento e pormenorização. 12 Síntese da organização das peças escritas e desenhadas. Outras aplicações: fundações e estruturas de transição. 13 Projecto de reforço de edifícios de betão: Técnicas de avaliação estrutural. Materiais de reforço estrutural. Concepção em projectos de reparação e reforço estrutural. Conclusão das aulas referentes ao desenvolvimento do Projecto da zona pré-esforçada. 7

MÉTODOS DE ENSINO A disciplina de Estruturas de Edifícios é semestral, com uma escolaridade semanal de 3,5 horas, repartidas em sessões teóricas de 2 horas e práticas de 1,5 horas, a que correspondem 4,5 unidades de crédito ECTS ( 5,5h / semana de trabalho autónomo). Nas aulas teóricas são apresentados, discutidos e ilustrados com situações de projecto, os aspectos de conceito referentes aos assuntos estudados. A exposição da matéria é, em geral, apoiada num conjunto de apresentações, préviamente disponibilizadas aos alunos, que cobre a totalidade dos assuntos tratados, complementada com recurso à utilização do quadro. Ao longo da exposição referente aos vários capítulos, recorre-se à apresentação e análise de situações de projectos realizados, criteriosamente seleccionados por forma a ilustrar os aspectos em estudo. É fundamental, como introdução à actividade de projecto de estruturas de edifícios, que os alunos apliquem as matérias apresentadas a situações reais. As aulas práticas, uma sessão semanal de 1,5 horas, são destinadas à análise de projectos e, principalmente, à realização de um trabalho de projecto [com desenvolvimento a nível de Estudo Prévio / Projecto Base, em grupos de 3 (4) alunos], que acompanha a matéria exposta nas aulas teóricas. Deve procurar-se que o trabalho constitua o primeiro projecto da actividade profissional dos futuros Engenheiros, sendo, em particular, realçada a importância da fase de concepção e fortemente incentivadas as necessidades de tomada de decisões, e, também, de cumprimento dos prazos previstos. 8

AVALIAÇÃO DE CONHECIMENTOS O processo de avaliação deve incentivar o estudo persistente, empenhado e continuado ao longo do semestre lectivo e não apenas em momentos pontuais, que em pouco contribuem para a consolidação dos saberes. A avaliação de conhecimentos da disciplina deve basear-se, fundamentalmente, no trabalho de projecto desenvolvido, bem como no conhecimento que daí resulte por parte do docente que apoie, ao longo de todo o semestre, a sua realização. Uma vez que os trabalhos são efectuados em grupo, não cobrindo a totalidade das matérias leccionadas, deve existir um exame final, que complementa a informação individual que resulta da apreciação das aulas práticas. O exame, com uma duração de cerca de duas horas, pode consistir num problema, incidindo sobre alguns dos assuntos abordados, complementado com um conjunto de questões conceptuais, mais directamente relacionadas com as sessões teóricas. Tendo em consideração a extensão do trabalho, bem como os objectivos do exame final, pensa-se que o peso relativo de cada um dos dois elementos de avaliação deverá ser de cerca de 50%. 9

CONSIDERAÇÕES FINAIS Os alunos não devem limitar-se a adquirir conhecimentos, devendo, sobretudo, aprender a aplicá-los. Devem desenvolver competências para: resolver problemas de diversa natureza e com um grau de complexidade elevado; comunicar e argumentar nas mais variadas situações; empreender pesquisas de modo alargado e profundo, complementando continuamente a sua formação. Todos estes aspectos gerais são, de facto, muito importantes, para o seu futuro desempenho profissional como Engenheiros. Em particular na área de Projecto, a aptidão para conceber estruturas desenvolve-se continuamente com o exercício da experiência de projecto, mas deve, sem dúvida, ser introduzida e merecer uma atenção particular na formação universitária dos futuros engenheiros. Tal constitui, também, uma forma de promover e valorizar a actividade de Engenharia Civil na sociedade. Tratando-se de uma unidade curricular de opção da área de especialização de Estruturas, tem-se verificado um número de inscrições muito elevado na disciplina de Estruturas de Edifícios, correspondendo praticamente à totalidade dos alunos do perfil. A experiência adquirida, como professor responsável da disciplina, tem indicado que as matérias leccionadas e os métodos de ensino adoptados despertam nos alunos o maior interesse. Por outro lado, a importância que o meio técnico e empresarial tem atribuído à disciplina de Estruturas de Edifícios, sobretudo nos seus processos de selecção de candidatos e contratação de engenheiros, constitui o melhor reconhecimento de que ela tem correspondido a um contributo muito válido para a formacão dos estudantes finalistas. 10

REFERÊNCIAS 1. Eduardo Torroja Miret 2007 : RAZÓN E SER DE LOS TIPOS ESTRUCTURALES, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. 2. fib : Model Code 2010 2011, Lausanne. 3. Appleton, J. e outros 1988 : "Concepção e Projecto de Estruturas de Edificios", Folhas de apoio à disciplina, Reprografia do IST. Volume I Concepção e Projecto de Estruturas de Edifícios Volume II Pré-esforço em Edifícios Apontamentos Complementares 4. fib : Structural Concrete Textbook on Behaviour Design and Performance 2010, Volumes 1, 2, 3 e 4, Lausanne. 5. NP EN1998-1 2010 : Projecto de estruturas para resistência aos sismos - Parte 1: Regras gerais, acções sísmicas e regras para edifícios, IPQ, Lisboa. 6. Lopes, M., et al 2008 : Sismos e Edifícos, Edições Orion. 7. Monteiro, V., Carvalho, E.C. 1985 : "Comportamento de Elementos de Betão Armado sujeitos a Acções Repetidas e Alternadas", Curso de Estruturas de Betão Armado Sujeitas à Acção dos Sismos, LNEC. 8. Robert E. Englekirk 2005 : Seismic Design of Reinforced and Precast Concrete Buildings, John Wiley & Sons. 9. NP EN1992-1-2 2010 : Projecto de estruturas de betão Parte 1-2: Betão verificação da resistência ao fogo, IPQ, Lisboa. 10. Almeida, J., Camara, J., Corres, H., Friedrich, T., Miehlbradt, M., Voumard, J.-M., Westerberg, B., (fib TG 1.1, WP1.1.2) 2005 : Post-Tensioning in Buildings, fib Bulletin 31, Lausanne. 11. Zahn, F., Ganz, H. 1992 : "Post-Tensioning in Buildings", VSL Report Series 4.1, VSL International Ltd., Bern. 12. Appleton, J., Almeida, J., Friedrich, T., Ganz, H., Jartoux, M., Lúcio, V., Miehlbradt, M., Schubert, L., Schüt, K., Regan, P. (FIP WG on Post-Tensioned Slabs) 1998 : FIP/fib Recommendations for the Design of Post- Tensioned Slabs and Foundation Rafts, SETO, London. 11

FASES DO PROJECTO Fases em que se desenvolve o Projecto Consulta/Concurso Proposta Adjudicação Programa Base (não é corrente em edifícios. Em muitos casos é fornecido pelo dono da obra ao realizar a consulta ou concurso). Estudo prévio (corresponde em geral à fase de concepção, estudo e pré-dimensionamento de possíveis soluções estruturais). Projecto Base (Projecto de Licenciamento) (esta fase é em geral utilizada para apresentação à aprovação da entidade licenciadora) Projecto de Execução (é o projecto para obra, que portanto deve ser completo) Assistência Técnica "Telas Finais (com a conclusão da obra deve ser organizado um processo com a versão actualizada e completa da obra efectivamente realizada. Nesse processo devem pois ser incluídas todas as alterações ou aditamentos existentes) 12

CONSTITUIÇÃO DE UM PROJECTO Peças Escritas Memória Descritiva Cálculos Justificativos (em geral, só requeridos nas fases de Projecto Base e Projecto de Execução) Medições, Resumo de Medições (Mapa de Quantidades de Trabalho) e Orçamento (estes elementos têm o grau de desenvolvimento adequado à fase do projecto) Caderno de Encargos (só requerido na fase de Projecto de Execução) Peças Desenhadas Desenhos de Dimensionamento / Definição Geométrica Desenhos de Betão Armado / Pormenorização 13