Tecnologias, Materiais e Técnicas de Construção V · Tecnologias, Materiais e Técnicas de...

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

TMTC V

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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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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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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• 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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• Pórtico

Trata-se de um elemento estrutural

composto: um sistema de pilares e vigas

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• 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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• 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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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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• 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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• 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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Cantoneiras de

abas iguais ou

desiguais

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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• 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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• 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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Betão pré-fabricado:

exemplo construído

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