UFSM Eng Civil - Concep+º+úo estrutural

CONCEPÇÃO ESTRUTURAL E PRÉ-FORMAS

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIADepartamento de Estruturas e Construção Civil

ECC 1008 – Estruturas de Concreto

Gerson Moacyr Sisniegas Alva

Aulas 5-8

DESENVOLVIMENTO DO PROJETO DE UMA ESTRUTURA

ETAPA PRELIMINAR

DADOS NECESSÁRIOS PARA DEFINIR O PRODUTO (ESTRUTURA)

Projeto Arquitetônico

⇒ Plantas dos pavimentos tipos/subsolo/cobertura/áticoNúmero de pavimentos. Pavimentos diferentesGaragens. Subsolos.Elevadores. Escadas. Reservatório.

⇒ Croquis do terreno. Restrições de vizinhançaEstruturas de contenção / Muros de arrimoPosição das fundações. Divisa

⇒ Local da edificação

Padrão da edificação

Variações de temperatura

Agressividade ambiental (durabilidade do concreto)

Ações do vento. Ações sísmicas.

Facilidade de acesso (materiais, equipamentos, concretagem)

⇒ Uso (finalidade) da edificação

Ações variáveis: sobrecargas mínimas (ambientes), vento, térmicas

Definição dos coeficientes de segurança (ações)

Deslocamentos limitesVibrações (academias, ginásios de esportes, laboratórios, pontes )

Empreendedor / Construtor

⇒ Prazos de obra

⇒ Custos e Desembolso

⇒Tecnologias de construção

⇒ Equipamentos disponíveis

ConstrutorCultura ConstrutivaLimitações da região

Início e duração da obra

Exemplos: Estrutura de aço ou estrutura de concreto (ou mista)Moldagem no local ou pré-fabricação

Exemplo: equipamentos de içamento para pré-fabricados

Geotecnia

⇒ Escolha do tipo de fundação e contenções

Previsão de recalques

Exemplo: fundação superficial ou fundação profunda

⇒ Parâmetros do solo necessários à análise e dimensionamento estruturalExemplos:

Tensão admissível do solo

Coeficientes de mola nas fundações (correlações com SPT)

DEFINIÇÃO DA SOLUÇÃO CONSTRUTIVA (PROJETISTA ESTRUTURAL)

Concepção do sistema estrutural

(As possibilidades são diversas: exige conhecimentos sobre as vantagens e aplicações dos diversos sistemas estruturais)

Exemplos:

Pórticos Rígidos: Contraventados em diagonais. Com nós deslocáveis.

Pórticos com ligações articulados. Pórticos com ligações semi-rígidas.

Treliças. Associação entre Pórtico e Treliças.

Sistema Convencional (laje-viga-pilar)

Sistema Lajes sem vigas (laje-pilar)

Análise comparativa das alternativas estruturais

Estrutura mista aço-concreto

Lajes com vigotas pré-moldadas e enchimento com blocos e CML

Exemplos:

Moldada no local ou Pré-Moldada (Pré-fabricada) ou combinaçãoConcreto Armado ou Concreto ProtendidoEstrutura de aço

Exemplos para sistemas estruturas de piso:

Laje maciça

Lajes nervuradas

Exemplos de alternativas usuais para pavimentos1) Convencional

2) Laje plana - pilar

3) Laje nervurada - pilar

Lajes moldadas no local

Lajes maciças apoiadas em vigas

Lajes maciças apoiadas em pilares

A alternativa (tipologia) construtiva afeta a escolha do modelo estrutural

Lajes nervuradas pré-moldadas

Lajes nervuradas com vigas-faixa

CONCEPÇÃO ESTRUTURAL E PRÉ-FORMAS

Lançamento da estrutura

Pré-dimensionamento dos elementos estruturais

Análise estrutural

Levantamento das ações atuantes

Ações verticais e horizontais

Definição preliminar das seções dos elementos

Posição dos elementos estruturais (pilares, vigas, lajes, etc)

Base principal: projeto arquitetônico

Deformações impostas

Análise estrutural (cont.)Obtenção dos esforços e deslocamentos

Verificação da estabilidade global

Dimensionamento dos elementos estruturais

Desenho das formas estruturais (pré-formas)

Eventuais correções / modificações da solução inicial

Montagem das combinações de acões (ELU e ELS)

Uso de recurso computacional na análise estrutural

Efeitos globais de segunda ordem

Geração de desenhos Compatibilização com demais projetos

DESENVOLVIMENTO DO PROJETO DE UMA ESTRUTURA

PROJETO EXECUTIVO

PROJETO EXECUTIVO

Dimensionamento e detalhamento dos elementos estruturais

LajesVigasPilaresEstruturas de fundaçõesEstruturas complementares

Estados Limites ÚltimosEstados Limites de ServiçoDurabilidade

Revisões finais de projeto

Check List Controle de qualidadeProjetos não revisados podem ir incorretos para obra

Processamento da estrutura definitiva (carregamentos definitivos)

Projetos já compatibilizados

Suposições para a disciplina ECC 1008 – Estruturas de Concreto

ObjetivosAproveitar conhecimentos vistos na graduação

Agilizar o andamento da disciplina

• Solução construtiva conhecida

Sistema convencional de lajes apoiadas em vigasLajes maciças (sem nervuras)Estrutura de concreto armado

Elementos moldados no local

Concreto de resistência usual (20 a 50 MPa)

• Concepção estrutural a partir do projeto arquitetônico

O ESPAÇO ARQUITETÔNICO E A CONCEPÇÃO ESTRUTURAL

Escolha da forma da estrutura : depende do projeto arquitetônico

Define demais projetos dos subsistemas restantes do edifício

Ático

Pavimento tipo

Pavimento térreo

Subsolo

Ático: Reservatório (Caixa d´água)Casa de máquinasDepósitos

Pavimento tipo:Mesma arquitetura

Pavimento térreo:RecepçãoSala de estarSalão de jogos, festas.

SubsoloGaragens

Projeto estrutural em harmonia com todos os projetos

Arquitetônico (funcionalidade)Instalações HidráulicasInstalações ElétricasAr-condicionadoDemais sistemas

Exemplos de incompatibilidades ou conflitos:

Estrutura em conflito com aberturas (paredes, portas)

Dutos de instalações em conflito com a estrutura

Pilares excessivamente próximos impedindo a ocupação de veículos nas garagens

Obs: aberturas em vigas devem ser verificadas no cálculo estrutural

Exemplos de conflitos Revista Téchne – junho de 2008

Compatibilização de projetos Coordenador de projetos

FLUXO DE AÇÕES E COMPORTAMENTO PRIMÁRIO DOS ELEMENTOS

Comportamento primário Lajes

Receber e transferir cargas p/ vigas

Vigas Predominância da flexão (M,V)

Transferir cargas verticais aos pilares Predominância da flexão (M,V)

Comportamento primário

Pilares Transferir esforços da superestrutura às fundações Predominância da flexo-compressão (N,M)

Comportamento primário

A transmissão de esforços (especialmente de momentos fletores) entre viga e pilar

PÓRTICOS

Aumento de rigidez do edifício frente às ações horizontais

DIRETRIZES BÁSICAS PARA A CONCEPÇÃO ESTRUTURAL

Observações iniciais:

Não existem normas

Possibilidade de várias soluções tecnicamente viáveis

Requer conhecimento técnico, criatividade (experiência)

Alterações na concepção inicial podem ser requeridas

Aproveitar facilidades das ferramentas computacionais

Pelo cálculo estruturalPor alterações posteriores na arquiteturaNa compatibilização de projetos

Para iniciantes diretrizes básicas que auxiliam as decisões

1) Posicionamento dos elementos estruturais em função do comportamento primário dos mesmos

DIRETRIZES BÁSICAS PARA A CONCEPÇÃO ESTRUTURAL

2) Transferência de cargas da forma mais direta possível

Evitar vigas apoiadas em outras vigasEvitar pilares apoiados em vigas

(vigas de transição)

Sempre que possível

Não deixar os elementos “soltos” ou sem apoio

Ações nos pavimentos lajesapoios

Vigasapoios

pilares

Cargas devem percorrer o menor caminho possível até as fundações

Viga de transição

esforços elevados

Viga de transição

Grandes dimensões de seção

Exigência da arquitetura (espaço livre, interferências)

Elevados esforços solicitantes

Custo elevado

Responsabilidade Colapso da viga de transição

Colapso global

3) Uniformidade dos elementos estruturais (seções, vãos)

Reduz custos com fôrmas

Aumenta velocidade de execução

Melhor aproveitamento das chapas de madeira

Exemplo: padronização das alturas das vigas

Aumento de produtividade no canteiro de obras

4) Orientação criteriosa das seções dos pilares (planta)

Rigidez frente às ações horizontais

Estabilidade global

Comportamento em serviço (ex:flechas horizontais)

PAPEL DOS PÓRTICOS FRENTE ÀS AÇÕES HORIZONTAIS

A arquitetura e a concepção estrutural

Alinhamento entre vigas e pilares para a formação de pórticos

Orientação criteriosa dos pilares

ARRANJO ESTRUTURAL EM PLANTA

P4

V4

P7

VENTO

P1

V3

V5

P8

V6

P9

CORTE: PÓRTICO 1

V1

V1

P2P1 P3

Pórtico 1V1

V2 P5

P2

P6

P3

V1

V1

V1

V1

Concepção de pilares de grande inércia em lugares estratégicos

Ex: caixas de escadas, de elevadores e pilares-parede

Núcleo de rigidez

Caixa de elevador

(Planta)

Caixa de escada

RECOMENDAÇÕES PRÁTICAS: EDIFÍCIOS DE CONCRETO ARMADO(Edifícios usuais)

1) Iniciar lançamento pelo pavimento tipo

2) Posicionar pilares preferencialmente:

Nos cantos da edificação

No encontro de vigas “importantes”

Embutidos em paredes Estética (se o projeto arquitetônico exigir)

Distantes entre 2,5m e 7,0m

3) Verificar se as posições dos pilares do pavimento tipo são aceitáveis ao térreo e ao subsolo (garagens)

4) Posicionar vigas preferencialmente:

Onde existam paredes de alvenariaObs: mais flexibilidade para paredes de gesso acartonado

Embutidas em paredes (estética)

Alinhadas com os pilares para a formação de pórticos

Vãos entre 2,5m à 7,0m

5) Limitar vãos das lajes

Para lajes “armadas em uma direção” Menor vão entre 2,0m à 5,0m

Para lajes “armadas em duas direções” Limitar vão até 7 m

associada também a limitação do pé-direito

EXERCÍCIO: Lançamento dos elementos estruturais – Pavimento tipo

S

SALA

DORM. DORM.

BAN.

COZINHAA.SERV.

2,00

x 1

,20

0,90

2,00 x 1,200,90

1,50 x 1,200,90

0,90 x 0,601,50

1,50 x 1,200,90

1,50

x 1

,20

0,90

0,900,80 x 1,00

9,70

2,70 2,40 1,20

3,75

5,354,20

3,70

1,40

1,40

4,35

3,70

1,35

3,05

1,45

Perspectiva: escada Caixa da escada

Lançar pilares na caixa de escada apoiar escada e reservatório

Solução inicial

Seguindo à risca as recomendações

Sugestões e críticas a esta solução

Concepção pode ser melhorada...

Solução proposta

Vigas sobre as paredes externas

Solução proposta

Viga de apoio das paredes:

Escada - corredor

Entre dormitórios

Para reduzir vão laje da sala

(opcional)

Solução proposta

Viga de apoio das paredes:Sala - escadaSala – cozinha - AS

Viga de apoio das paredes:Escada - dormitórioDormitório – banheiro

Solução proposta

Viga sobre parede corredor

Evitar 3 paredes apoiadas em uma só laje

Opção pelo não lançamento de viga entre cozinha e banheiro

Passagem de tubulações (?)

Solução proposta(final)

Observação:

Possibilidade de trazer os 2 pilares da escada para a parte mais externa da edificação

As possibilidades são diversas na concepção da estrutura

Muitas dúvidas sobre a concepção são comprovadas posteriormente pelo cálculo estrutural

Verificação dos estados limites

Dimensionamento das armaduras

Testar mais de uma solução e compará-las entre si

Importante para a aprendizagem e útil para a prática profissional

Tirar proveito das ferramentas computacionais