aula 01 - desenho estrutural

DESENHO ESTRUTURAL

Engenharia Civil

Aula 01

Introduo ao Desenho Estrutural

Introduo

Objetivos da Disciplina:

Analisar o comportamento dos elementos estruturais das construes;

Elaborar e interpretar desenhos de estruturas de obras residenciais e

industriais;

Trabalhos prticos;

Interpretao de projetos;

Exerccios prticos de leitura e interpretao de projetos;

Noes Bsicas do Tipo de Estruturas de Concreto Armado;

Representao grfica e detalhamento dos elementos estruturais;

Plantas de formas;

Armaes de elementos estruturais;

Desenho Estrutural

Foras que atuam na estrutura

As estruturas funcionam como caminho das foras para lev-las ao solo.

H dois tipos de cargas que agem na edificao:

Cargas permanentes Para toda a vida til da edificao. So determinadas

com boa preciso.

Peso prprio da estrutura

Peso dos revestimentos

Peso das paredes

Cargas Acidentais Acontecem eventualmente. Essas cargas so estimadas

por normas (NBR-6120).

Peso de ocupao das pessoas

Peso dos mobilirios

Peso de veculos

Fora do vento (NBR-6123)

Desenho Estrutural

Solues Estruturais

Escolher entre os vrios tipos de solues estruturais a que mais convm.

Deve-se levar em conta a disponibilidade de mo de obra para projetar e

construir.

Desenho Estrutural

Tipos de Solicitaes

Desenho Estrutural

Desenho Estrutural

Tipos de Solicitaes

Desenho Estrutural

Critrios de projeto

Equilbrio

Conceber um arranjo estrutural capaz de absorver s solicitaes externas e

transmiti-las aos elementos de apoio, mantendo-se em repouso.

Desenho Estrutural

Critrios de projeto

Estabilidade

A configurao de equilbrio do arranjo estrutural no pode ser alterado

drasticamente na presena das imperfeies e das aes perturbadoras.

X

Desenho Estrutural

Critrios de projeto

Resistncia

O material das peas estruturais deve ser capaz de absorver o nvel de

solicitao interna gerado pelas aes externas sem comprometer a sua

integridade fsica.

Desenho Estrutural

Critrios de projeto

Rigidez

As peas estruturais devem ser capazes de absorver as aes externas sem

apresentar grandes deslocamentos que comprometam sua funcionalidade.

Desenho Estrutural

Critrios de projeto

Posicionamento dos elementos estruturais em funo de cada projeto e em

consonncia com os demais projetos componentes de uma edificao, como por

exemplo:

Projeto arquitetnico;

Projeto hidrulico;

Projeto eltrico, etc.

Desenho Estrutural

Critrios de projeto

Voc gostaria de ter que se abaixar todas

as vezes que desce uma escada para

no correr o risco de bater com a cabea

com a viga que cruza esta escada?

Voc gostaria de estar sentado na plateia

de um teatro em uma poltrona que fica

bem atrs de um pilar?

Conceber um arranjo estrutural capaz de absorver s solicitaes externas e

transmiti-las aos elementos de apoio, mantendo-se em repouso.

Seria interessante uma tubulao horizontal

ter que desviar das vigas em cada piso de um

edifcio?

Introduo

Desenho Estrutural o desenho tcnico que d aos profissionais que

trabalham no ramo as informaes necessrias para se compreender o tipo

especfico de informaes das estruturas das edificaes.

Desenho Estrutural

Concreto

O que o concreto?

um material de construo proveniente da mistura, em proporo adequada,

de: aglomerantes, agregados e gua.

Desenho Estrutural

Aglomerantes

Unem os fragmentos de outros materiais. No concreto, em geral se emprega

Cimento Portland, que reage com a gua e endurece com o tempo.

Desenho Estrutural

Agregados

So partculas minerais que aumentam o volume da mistura, reduzindo seu

custo. Dependendo das dimenses caractersticas , dividem-se em dois

grupos:

Agregados midos: 0,075mm < < 4,8mm. Exemplo: areias.

Agregados grados: 4,8mm. Exemplo: pedras.

Desenho Estrutural

Pasta

Resulta das reaes qumicas do cimento com a gua. Quando h gua em

excesso, denomina-se nata.

Desenho Estrutural

Pasta = Cimento + gua

Argamassa

Provm da pela mistura de cimento, gua e agregado mido, ou seja, pasta

com agregado mido.

Desenho Estrutural

Argamassa = Cimento + Areia + gua

Concreto Simples

Cimento + Areia + gua + Pedra

Concreto simples

formado por cimento, gua, agregado mido e agregado grado, ou seja,

argamassa e agregado grado.

Desenho Estrutural

Depois de endurecer, o concreto apresenta:

boa resistncia compresso;

baixa resistncia trao;

comportamento frgil, isto , rompe com pequenas deformaes.

Na maior parte das aplicaes estruturais, para melhorar as caractersticas do

concreto, ele usado junto com outros materiais.

Concreto armado

a associao do concreto simples com uma armadura, usualmente

constituda por barras de ao. Os dois materiais devem resistir solidariamente

aos esforos solicitantes. Essa solidariedade garantida pela aderncia.

Concreto Armado = Concreto Simples + Armadura + Aderncia

Desenho Estrutural

Concreto protendido

No concreto armado, a armadura no tem tenses iniciais. Por isso,

denominada armadura frouxa ou armadura passiva. No concreto

protendido, pelo menos uma parte da armadura tem tenses previamente

aplicadas, denominada armadura de protenso ou armadura ativa.

Concreto Protendido = Concreto + Armadura Ativa

Desenho Estrutural

Argamassa armada

constituda por agregado mido e pasta de cimento, com armadura de fios

de ao de pequeno dimetro, formando uma tela. No concreto, a armadura

localizada em regies especficas, Na argamassa, ela distribuda por toda a

pea.

Desenho Estrutural

Argamassa armada

Desenho Estrutural

Concreto de alto desempenho CAD

Pode ser obtido, por exemplo, pela mistura de cimento e agregados

convencionais com slica ativa e aditivos plastificantes. Apresenta

caractersticas melhores do que o concreto tradicional. Em vez de slica ativa,

pode-se tambm utilizar cinza volante ou resduo de alto forno.

Desenho Estrutural

Vantagens do concreto armado

Suas grandes vantagens so:

moldvel, permitindo grande variabilidade de formas e de concepes arquitetnicas.

Apresenta boa resistncia maioria dos tipos de solicitao, desde que seja feito um

correto dimensionamento e um adequado detalhamento das armaduras.

A estrutura monoltica, fazendo com que todo o conjunto trabalhe quando a pea

solicitada.

Baixo custo dos materiais - gua e agregados grados e midos.

Baixo custo de mo-de-obra, pois em geral no exige profissionais com elevado nvel de

qualificao.

Processos construtivos conhecidos e bem difundidos em quase todo o pas.

Facilidade e rapidez de execuo, principalmente se forem utilizadas peas pr-

moldadas.

O concreto durvel e protege a armao contra a corroso.

Os gastos de manuteno so reduzidos, desde que a estrutura seja bem projetada e

adequadamente construda.

O concreto pouco permevel gua, quando executado em boas condies de

plasticidade, adensamento e cura.

um material seguro contra fogo, desde que a armadura seja convenientemente

protegida pelo cobrimento.

resistente a choques e vibraes, efeitos trmicos, atmosfricos e a desgastes

mecnicos.

Desenho Estrutural

Restries do concreto

O concreto apresenta algumas restries, que precisam ser analisadas Devem ser tomadas as

providncias adequadas para atenuar suas consequncias. As principais so:

Baixa resistncia trao, pode ser contornada com o uso de adequada armadura, em geral

constituda de barras de ao, obtendo-se o concreto armado. Alm de resistncia trao,

o ao garante ductilidade e aumenta a resistncia compresso, em relao ao concreto

simples.

Fragilidade, o concreto de alto desempenho CAD apresenta caractersticas melhores

do que o concreto tradicional como resistncia mecnica inicial e final elevada, baixa

permeabilidade, alta durabilidade, baixa segregao, boa trabalhabilidade, alta aderncia,

reduzida exsudao, menor deformabilidade por retrao e fluncia, entre outras.

Fissurao, pode ser contornada ainda na fase de projeto, com armao adequada e

limitao do dimetro das barras e da tenso na armadura.

Peso prprio elevado. Associao do concreto simples com armadura ativa, formando o

concreto protendido. A utilizao de armadura ativa tem como principal finalidade aumentar

a resistncia da pea, o que possibilita a execuo de grandes vos ou o uso de sees

menores

Custo de formas para moldagem, A padronizao de dimenses, a pr-moldagem e o uso de

sistemas construtivos adequados permite a racionalizao do uso de formas, permitindo

economia neste quesito.

Corroso das armaduras. Pode ser prevenida com controle da fissurao e com o uso de

adequado de cobrimento, cujo valor depende do grau de agressividade do ambiente em que a

estrutura for construda.

Desenho Estrutural

Aplicaes Do Concreto

o material estrutural mais utilizado no mundo. Seu consumo anual da ordem de

uma tonelada por habitante.

Entre os materiais utilizados pelo homem, o concreto perde apenas para a gua.

Outros materiais como madeira, alvenaria e ao tambm so de uso comum e h

situaes em que eles so imbatveis. Porm, suas aplicaes so bem mais restritas

.

Algumas aplicaes do concreto so relacionadas a seguir.

Edifcios: mesmo que a estrutura principal no seja de concreto, alguns elementos,

pelo menos, o sero;

Galpes e pisos industriais ou para fins diversos;

Obras hidrulicas e de saneamento: barragens, tubos, canais, reservatrios,

estaes de tratamento etc.;

Rodovias: pavimentao de concreto, pontes, viadutos, passarelas, tneis, galerias,

obras de conteno etc.;

Estruturas diversas: elementos de cobertura, chamins, torres, postes, moures,

dormentes, muros de arrimo, piscinas, silos, cais, fundaes de mquinas etc.

Desenho Estrutural

Estruturas de edifcios

Estrutura a parte resistente da construo e tem as funes de resistir as

aes e as transmitir para o solo.

Em edifcios, os elementos estruturais principais so:

Desenho Estrutural

Pilares

So barras verticais que recebem as aes das vigas ou das lajes e dos

andares superiores as transmitem para os elementos inferiores ou para a

fundao.

Segundo a NBR 6118, pilares so elementos lineares de eixo reto, usualmente

dispostos na vertical, em que as foras normais de compresso so

preponderantes. So tambm denominados como barras, pois a largura e a

profundidade so muito menores do que a altura.

Desenho Estrutural

Vigas

So barras horizontais que delimitam as lajes, suportam paredes e recebem

aes das lajes ou de outras vigas e as transmitem para os apoios;

Segundo a NBR 6118, vigas so elementos lineares em que a flexo

preponderante. So tambm denominados como barras, pois a altura e a

profundidade so muito menores do que o comprimento.

Desenho Estrutural

Lajes

So placas que, alm das cargas permanentes, recebem as aes de uso e

as transmitem para os apoios; travam os pilares e distribuem as aes

horizontais entre os elementos de contraventamento.

Segundo a NBR 6118, placas so elementos de superfcie plana sujeitos

principalmente a aes normais a seu plano. As placas de concreto so

usualmente denominadas lajes.

Desenho Estrutural

Laje nervurada Laje pr-moldada Laje alveolar

Lajes

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Laje lisa Laje nervurada com

frma de isopor

Fundao

So elementos como blocos, lajes, sapatas, vigas, estacas etc., que

transferem os esforos para o solo.

Blocos - Conforme a NBR 6118, Blocos so estruturas de volume usadas para

transmitir s estacas as cargas de fundao, e podem ser consideradas rgidos

ou flexveis por critrio anlogo ao definido para as sapatas.

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Fundao

Radier So Lajes de concreto armado em contato direto com o solo que

captam as cargas dos pilares e paredes e descarregam sobre uma grande rea

do solo.

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Fundao

Sapata - definida como: elemento de

fundao em que a carga transmitida ao

terreno pelas tenses distribudas sob a base

da fundao, e a profundidade de

assentamento em relao ao terreno adjacente

fundao inferior a duas vezes a menor

dimenso da fundao.

Desenho Estrutural

Sapata Corrida Sapatas Isoladas Sapatas com viga alavanca

Sapata Associada

Fundao

Viga Baldrame - tipo comum de fundao para pequenas edificaes, considerada um tipo de

fundao rasa. Constitui-se de uma viga, que pode

ser de alvenaria, de concreto simples ou armado,

construda diretamente no solo, que pode ter estrutura

transversal tipo bloco, sem armadura transversal,

dentro de uma pequena vala para receber pilares

alinhados. mais empregada em casos de cargas

leves como residncia construdas sobre solo firme.

Desenho Estrutural

Fundao

Estacas - so importantes e comuns elementos de fundao utilizados para transmitir as cargas atuantes na superfcie a uma certa profundidade do solo. So utilizadas em

obras tanto de pequeno porte (onde temos as chamadas "brocas") como as de grande

porte. Diversos tipos de estacas esto presentes no sistema e dependem, basicamente,

da metodologia de execuo, intensidade da carga, tipo de terreno onde se localiza etc.

A transio da carga do pilar s estacas feita por blocos de fundao. Estes blocos,

dependendo de suas dimenses (altura especialmente), podem ser tratados como

rgidos e/ou flexveis.

Desenho Estrutural

Fundao

Tubulo - um tipo de fundao profunda de concreto. Porm, diferentemente da estaca que mantm sua dimenso ao longo de

todo seu comprimento, no tubulo a base alargada, isto , o

dimetro da base maior que o dimetro do fuste. Deste modo, a

maior parte de sua capacidade de carga provm do contato da

base com o solo, enquanto que a estaca resiste aos esforos

principalmente devido ao contato lateral com o solo.

Desenho Estrutural

Prticos

Pilares alinhados ligados por vigas formam os prticos, que devem resistir

s aes do vento e s outras aes que atuam no edifcio, sendo o mais

utilizado elemento de contraventamento.

Em edifcios esbeltos, o travamento tambm pode ser feito por prticos

treliados, paredes estruturais ou ncleos. Os dois primeiros situam-se, em

geral, nas extremidades do edifcio. Os ncleos costumam envolver a escada

ou da caixa de elevadores.

Desenho Estrutural

Nos andares constitudos por lajes e vigas, a unio desses elementos pode ser

denominada tabuleiro.

Desenho Estrutural

Nos edifcios com tabuleiros sem vigas, as lajes se apoiam diretamente nos

pilares, sendo denominadas lajes lisas.

Desenho Estrutural

Nas lajes lisas, h casos em que, nos alinhamentos dos pilares, uma

determinada faixa considerada como viga, sendo projetada como tal so as

denominadas vigas-faixa.

Desenho Estrutural

Se nas ligaes das lajes com os pilares houver capitis, elas recebem o nome

de lajes-cogumelo.

Desenho Estrutural

So muito comuns as lajes nervuradas. Se as nervuras e as vigas que as

suportam tm a mesma altura, o uso de um forro de gesso, por exemplo, do a

elas a aparncia de lajes lisas.

Nesses casos elas so denominadas lajes lisas nervuradas. Nessas lajes,

tambm so comuns as vigas-faixa e os capitis embutidos.

Desenho Estrutural

Nos edifcios, so considerados elementos estruturais complementares:

escadas, caixas dgua, muros de arrimo, consolos, marquises etc.

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Rpida Histria do Concreto

A cal hidrulica e o cimento pozolnico (de origem vulcnica) j eram

conhecidos pelos romanos como aglomerante.

Desenho Estrutural

Caementicium, o cimento romano

era feito de cal, areia, materiais

cermicos, calcrio, cascalho e

pozolana (material vulcnico).

Com isso obtinham uma pasta

moldvel semelhante ao cimento

atual.

Isso facilita as obras por ser mais transportvel, moldvel e barato.

Desenvolveram a Cofragem , molde de madeira para conter o concreto, e o

Cimbramento, armao de madeira que molda os arcos.


Desenho Estrutural

Desenho Estrutural


O cimento Portland, tal como hoje conhecido, foi descoberto na Inglaterra por

volta do ano de 1824, e a produo industrial foi iniciada apos 1850.

A primeira associao de um metal a argamassa de pozolana remonta a

poca dos romanos.

No ano de 1770, em Paris, associou-se ferro com pedra para formar vigas

como as modernas, com barras longitudinais na trao e barras transversais

ao cortante.

Desenho Estrutural


Considera-se que o cimento

armado surgiu na Frana, no

ano de 1849, com o primeiro

objeto do material registrado

pela historia sendo um barco, do

francs Lambot, o qual foi

apresentado oficialmente em

1855. O barco foi construdo com

telas de fios finos de ferro

preenchidas com argamassa.

Embora os barcos funcionassem,

no alcanaram sucesso

comercial.

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A partir de 1861, outro francs, Mounier, que era um paisagista, horticultor e

comerciante de plantas ornamentais, fabricou uma enorme quantidade de vasos

de flores de argamassa de cimento com armadura de arame, e depois

reservatrios (25, 180 e 200 m3) e uma ponte com vo de 16,5 m.

Foi o inicio do que hoje se conhece como Concreto Armado. Ate cerca do ano

de 1920 o concreto armado era chamado de cimento armado.

Em 1850, o norte americano Hyatt fez uma serie de ensaios e vislumbrou a

verdadeira funo da armadura no trabalho conjunto com o concreto. Porem,

seus estudos no ganharam repercusso por falta de publicao.

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Na Franca, Hennebique foi o primeiro apos Hyatt a compreender a funo das

armaduras no concreto. Percebeu a necessidade de dispor outras armaduras

alm da armadura reta de trao.

Imaginou armaduras dobradas, prolongadas em diagonal e ancoradas na zona de

compresso. Foi o primeiro a colocar estribos com a finalidade de absorver

tenses oriundas da fora cortante e o criador das vigas T, levando em conta a

colaborao da laje como mesa de compresso, (VASCONCELOS, 1985).

Os alemes estabeleceram a teoria mais completa do novo material, toda ela

baseada em experincias e ensaios. O verdadeiro desenvolvimento do concreto

armado no mundo iniciou-se com Gustavo Adolpho Wayss que fundou sua

firma em 1875, apos comprar as patentes de Mounier para empregar no norte da

Alemanha (VASCONCELOS, 1985).

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A primeira teoria realista ou consistente sobre o dimensionamento das

pecas de concreto armado surgiu com uma publicao, em 1902, de E.

Mrsch, engenheiro alemo, professor da Universidade de Stuttgart

(Alemanha).

As fissuras (trincas de pequena abertura, 0,05 a 0,4 mm), causadas pela

tenso de trao no concreto, atrasaram o desenvolvimento do concreto

armado devido a dificuldade de como tratar e resolver o problema.

Como forma de contornar o problema da fissurao no concreto, M. Koenen

props, em 1907, tracionar previamente as barras de ao, para assim

originar tenses de compresso na seo, como forma de eliminar a trao

no concreto e consequentemente eliminar as fissuras. Surgia assim o

chamado Concreto Protendido. Porem, as experincias iniciais no

lograram xito.

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NO BRASIL

Em 1904 foram construdas casas e sobrados em Copacabana, no Rio de

Janeiro.

Em 1909 foi construda a ponte na Rua Senador Feij, com vo de 5,4 m.

Em 1908, construo de uma ponte com 9 m de vo, executada no Rio de

Janeiro pelo construtor Echeverria, com projeto e calculo do francs Franois

Hennebique.

Em So Paulo, no ano de 1910, foi construda uma ponte de concreto armado com 28

m de comprimento, na Av. Pereira Rebouas sobre o Ribeiro dos Machados.

Segundo VASCONCELOS (1985), em 1913, a vinda da firma alem Wayss & Freytag

constituiu talvez o ponto mais importante para o desenvolvimento do concreto armado

no Brasil.

Sua empresa no Brasil foi registrada somente em 1924, sob o nome de Companhia

Construtora Nacional, funcionando ate 1974.

Imagina-se que, de 1913 a 1924, Wayss utilizou-se da firma de um alemo, L.

Riedlinger, para construir varias obras no Brasil, como 40 pontes de concreto armado.

Riedlinger importou mestres de obras da Alemanha, e a firma serviu de escola para a

formao de especialistas nacionais, evitando a importao de mais estrangeiros.

O primeiro edifcio em So Paulo data de 1907/1908, sendo um dos mais antigos do

Brasil em cimento armado, com trs pavimentos.

A partir de 1924 quase todos os clculos estruturais passaram a serem feitos no Brasil,

com destaque para o engenheiro estrutural Emilio Baumgart.

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No sculo passado o Brasil colecionou diversos recordes, vrios mundiais, como

os seguintes:

Marquise da tribuna do Jockey Clube do Rio de Janeiro, com balano de 22,4 m

(recorde mundial em 1926)

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Ponte Presidente Sodr em Cabo

Frio, em 1926,com arco de 67 m

de vo (recorde na Amrica do

Sul)

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Edificio Martinelli em Sao Paulo em 1925, com

106,5 m de altura (30 pavimentos recorde

mundial)

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Ponte da Amizade em Foz do Iguau em 1962, com o maior arco de

concreto armado do mundo, com 290 m de vo.

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Museu de Arte de So Paulo em 1969, com laje de 30 x 70 m livres, recorde

mundial de vo, com projeto estrutural de Figueiredo Ferraz.

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Ponte Colombo Salles em Florianpolis em 1975, a maior viga continua

protendida do mundo, com 1.227 m de comprimento, projeto estrutural de

Figueiredo Ferraz.

Desenho Estrutural


Usina Hidroeltrica de Itaipu em 1982, a maior do mundo com 190 m de altura,

projetada e construda por brasileiros e paraguaios, com coordenao

americano-italiana.

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REFERNCIAS

PINHEIRO, L. M. Fundamentos do concreto e projeto de edifcios. So Carlos.

USP. 2007.

DEIFELD, T. E. C. Estruturas de Concreto Armado I. Alegrete. Unipampa. 2013. SILVA, J. G. Desenho de estruturas.

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