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Escola Universitária Vasco da Gama Departamento de Arquitectura e PaisagemMestrado Integrado em Arquitectura Ano lectivo 2011/2012
TMTC V
Escola Universitária Vasco da Gama Departamento de Arquitectura e PaisagemMestrado Integrado em Arquitectura Ano lectivo 2011/2012
TMTC V
Tecnologias, Materiais e
Técnicas de Construção V
4.º Ano, 7.º semestre
4 ECTS / 4 h semanais
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2. Sistemas estruturais
Princípios físicos
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Estrutura
• Elemento ou conjunto de elementos
construídos no espaço formando um
sistema capaz de suportar cargas, ou
acções, sem colapsar, deformar-se ou
vibrar em demasia.
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Acções intervenientes na
estrutura de construções
• Permanentes:– ex. peso próprio
• Temporárias: – ex. sismos, vento, sobrecarga de utilização
• Esforço Normal
• Esforço Cortante
• Momento Flector
• Momento de Torção
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Esforço normalEsforço axial, aplicado no centro
de gravidade da secção,
tendente à tracção ou à
compressão da peça.
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Esforço normal
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Esforço normal
A encurvadura é um fenómeno que ocorre em
peças esbeltas (peças onde a área de secção
transversal é pequena em relação ao seu
comprimento), quando submetidas a um esforço
de compressão axial. A encurvadura acontece
quando a peça sofre flexão transversalmente
devido à compressão axial. Este colapso ocorrerá
sempre na direcção do eixo de menor momento
de inércia de sua secção transversal.
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Esforço cortanteEsforço axial, aplicado no centro
de gravidade da secção,
tendente à tracção ou à
compressão da peça.
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Esforço cortante
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Momento flector
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Momento flector
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Momento de torção
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Momento de Inércia
O momento de inércia da
secção transversal é uma
propriedade geométrica que
depende da sua orientação
em relação ao plano onde
ocorre a flexão da barra. Por
exemplo, se num perfil “I” a
flexão da barra se dá no
plano y-y, ocorre uma
rotação da secção
transversal em torno do eixo
x. Neste caso, o momento
de inércia a ser adoptado é
I = Ix. Por outro lado,
quando a flexão da barra
ocorre no plano x-x, o
momento de inércia adotado
é I = Iy
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2. Sistemas estruturais
Elementos estruturais
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Tipos de elementos estruturais
• Paredes e muros resistentes (portantes)
Elemento estrutural contínuo cuja função é a transmissão dos
esforços actuantes na estrutura ao solo, o contraventamento
da estrutura, a contenção de solos ou o suporte de corpos
balançados em consola (actuando neste caso como parede-viga).
Em betão armado consideram-se paredes os elementos
laminares sujeitos a compressão cujo comprimento exceda
cinco vezes a espessura
O seu uso nas estruturas acima do solo caracteriza, em larga medida, as estruturas contínuas.
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Tipos de elementos estruturais
Elementos barra: elementos lineares sujeitos
a esforços longitudinais, de flexão, torção e
transversos. O uso exclusivo de pilares na
transmissão das acções ao solo caracteriza
em larga medida as estruturas pontuais.
• Vigas
• Pilares
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Tipos de elementos estruturais
• Treliças e treliças espaciais
Estruturas compreendendo uma ou mais
unidades triangulares construídas com
elementos lineares cujas extremidades
estão ligadas por juntas designadas nós.
Uma treliça planar têm todos os elementos
e nós no mesmo plano, uma treliça espacial
tem elementos e nós num espaço tri-
dimensional.
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Tipos de elementos estruturais
• Pórtico
Trata-se de um elemento estrutural
composto: um sistema de pilares e vigas
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Tipos de elementos estruturais
• Arco e abóbada
Elemento curvilíneo de transmissão das acções
verticais para os seu apoios. Tradicionalmente é
composto por blocos em forma de cunha: as
aduelas. Os arcos verdadeiros conseguem
estabilidade a partir da carga que suportam.
As abóbadas são construções em forma de arco
com a qual se cobrem espaços compreendidos
entre muros, pilares ou colunas.
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Tipos de elementos estruturais
• Laje
É o elemento estrutural responsável por transmitir os
esforços que nela actuam para os pilares, seja
através das vigas que a sustentam ou
directamente. As lajes são elementos estruturais
bidimensionais, caracterizadas por ter a espessura
muito menor do que as outras duas dimensões.
Entre outras acções estão sujeitas ao esforço de
punçoamento dos pilares.
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Fundações e Estruturas
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2. Sistemas estruturais
Materiais de construção
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Materiais de construção de
elementos estruturais
• Alvenarias:
– de pedra, tijolo.
– Estruturas parietais, arcos, abóbadas, pórticos,
contrafortes.
– Vãos de amplitude limitada.
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Fundações e Estruturas
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Materiais de construção de
elementos estruturais
• Madeira:
– Material orgânico, naturalmente não-isotrópico.
– Influência do corte no comportamento
estrutural.
– Construção tradicional: asnas, pilares e vigas.
– Lamelados-colados de madeira: elementos
isotrópicos permitindo grandes vãos
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Materiais de construção de
elementos estruturais
• Aço carbono (vulgo ferro):
– Boa capacidade de tracção
– Fraca resistência ao fogo
– Perfilados I, U, L, Tubolares
– Grandes vãos
– Estruturas espaciais
– Estruturas atirantadas
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• Aço inox:
Liga de ferro e crómio, podendo conter
também níquel, molibdénio e outros elementos,
que apresenta propriedades físico-químicas
superiores aos aços comuns, sendo a alta
resistência à oxidação atmosférica a sua principal
característica
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O aço carbono e o aço inox encontram-se
disponíveis no mercado sob diversas formas,
desde perfis estandardizados, perfis obtidos
por quinagem de placas metálicas, por
extrusão, fundidos, tirantes, cabos, etc.
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HD
HEA
HEB
HEM
HL
HP
IPN
IPE
L
Cantoneiras de
abas iguais ou
desiguais
U
UPE
UPNTubolares
Rectangulares
Tubolares
Circulares
Alguns perfis europeus comuns:
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vergalhão
barra chata
barra redonda
barra quadrada
perfil ómega
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Materiais de construção de
elementos estruturais
• Adobes e argamassas
Materiais de elevada plasticidade, particularmente indicados
para estruturas contínuas em que os elementos resistentes
adquirem alguma expressão, com vãos de dimensão
limitada. São constituídos por um ligante (p.ex. cal, argila, terra, cimento), inertes (areia, cascalho), e água. No caso do
adobe à terra e à água é adicionada palha.
Tradicionalmente utilizados em pavimentos, fundações e
paredes, associados a materiais mais leves para as lajes e as
coberturas (madeira, colmo, etc.)
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Materiais de construção de
elementos estruturais
• Betão
O betão é um material de construção composto, sendo um
caso particular das argamassas. Como todas as argamassas
é constituído por três componentes principais:
– Ligante
– Inertes
– Água
Eventualmente podem-se adicionar aditivos com funções específicas.
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• Ligante: no betão moderno é o cimento Portland.
• Inertes, ou agregados: distinguem-se pelo seu calibre em finos
e grossos.
Finos: areia
Grossos: brita, cascalho, Pedras de maior dimensão (betão
ciclópico).
Os inertes devem estar isentos de sais e matérias orgânicas.
• Água: responsável pela reacção química designada por
presa do betão. Normalmente a presa demora 28/30 dias.
• Aditivos: corantes, descofrantes, hidrófugos, acelaradores,
retardadores, etc.
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O betão é um material com elevada plasticidade, facilmente
adaptável a geometrias complexas. Sendo uma pedra artificial possui uma boa resistência à compressão, mas uma
fraca resistência à tracção. Por essa razão se conjugam as
suas propriedades com as do aço carbono, de elevada
resistência aos esforços de tracção, no betão armado. O aço
pode ser incorporado no betão com a forma de uma armadura tecida de vergas, verginhas, vergalhões e malhas-
sol, ou por intermédio de perfís embebidos na secção dos
elementos resistentes. Para proteger os elementos metálicos
da oxidação atmosférica a armadura deve sempre ser
coberta com uma espessura mínima de betão: espessura de recobrimento.
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A posição e densidade da armadura
no interior da secção de betão é
determinada pela distribuição de
acções na secção. Assim, numa viga
sujeita a esforços de tracção na face
inferior e de compressão na face
superior a densidade de aço será
normalmente superior na parte de
baixo da viga. Nas vigas com tramos
em consola, isto é, sem apoios
inferiores, a inversão da posição das
secções traccionadas ao longo da
viga influencia a posição das
armaduras.
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O mesmo é válido para as lajes,
sendo que nesse caso há que
atender à acção de punçoamento
dos pilares
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• Betão pré-esforçado
“Pré-esforço é um artifício que consiste em
introduzir, numa estrutura, um estado prévio
de tensões, de modo a melhorar a sua
resistência ou comportamento, sob acção
de diversas condições de carga”
Pfeiel, 1984
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Para se vencerem vãos de dimensão muito elevada, para se
obterem secções transversais de menor dimensão ou para se construírem estruturas sujeitas a elevadas solicitações, por
vezes utiliza-se o pré-esforço da armadura.
O pré-esforço consiste na aplicação de um esforço de
tracção à armadura enquanto se procede à betonagem do
elemento estrutural. Depois da presa o esforço cessa, resultando a secção de betão armado com uma resistência
adicional significativa. Por vezes, em resultado desse pré-
esforço, as peças adquirem uma contra-flecha (curvatura
invertida), que mais tarde é corrigida por intermédio das
cargas definitivas de utilização. Um exemplo típico destes elementos é a vigota pré-esforçada para montagem de lajes.
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• Betão pré-fabricado
As obras pré-fabricadas têm como principal
vantagem a economia, em especial pela
racionalização de meios de construção que
permitem. Para além dessa vertente económica,
traz vantagens evidentes em termos de
qualidade de execução, de materiais e de
tolerâncias uma vez que são produzidas em fábrica
ou em condições especiais de estaleiro.
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A construção com elementos de betão pré-
fabricado, incluindo elementos estruturais, está
bastante disseminada em programas que
requeiram grande áreas construídas e em que a
repetição de elementos torna a construção
modular. São exemplos típicos naves industriais,
estádios, pavilhões, etc. São também largamente
utilizados elementos pré-fabricados em contenções
de obras públicas como estradas, pontes e
viadutos.
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2. Sistemas estruturais
Betão pré-fabricado:
exemplo construído
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