Fundamentos de Sistemas Estruturais e Análise

1) Qual a importância da seleção de sistemas estruturais adequados para a consolidação de um determinado projeto arquitetônico?

A seleção de sistemas estruturais adequados é crucial para a consolidação de um projeto arquitetônico, garantindo a segurança, funcionalidade, estética e viabilidade econômica da edificação.

2) De que modo sistemas estruturais impactam em aspectos de projeto arquitetônico e, da mesma forma, de que modo a forma da arquitetura proposta influencia as decisões de projeto estrutural?

Sistemas estruturais impactam diretamente a estética, o layout interno, a flexibilidade de espaços e a materialidade de um projeto arquitetônico. Reciprocamente, a forma arquitetônica proposta, seus vãos e requisitos espaciais influenciam as decisões de projeto estrutural, determinando a escolha do sistema, materiais e dimensões dos elementos.

3) A partir da classificação proposta em aula, diferencie sistemas estruturais de "massa" de sistemas estruturais de "geometria".

O sistema estrutural de massa é formado por elementos estruturais de massa, que desenvolvem estados duplos de tensão, como, por exemplo, uma viga de concreto armado.

O sistema estrutural de geometria é formado por elementos estruturais de geometria, que desenvolvem predominantemente estados simples de tensão, como, por exemplo, uma treliça em aço.

4) Dentro dos conceitos de análise estrutural, é importante diferenciar os elementos componentes das estruturas. Muito embora toda estrutura seja um elemento 3D, podemos fazer algumas simplificações para fins de classificação dos elementos estruturais. Nesse sentido, diferencie elementos estruturais classificados em aula como unidirecionais, bidirecionais e tridimensionais.

• Elementos unidirecionais: elementos com uma medida significativamente maior que as outras duas.
• Elementos bidirecionais: elementos com duas medidas significativamente maiores que a outra.
• Elementos tridirecionais: são elementos com as três medidas proporcionais.

5) O que são as chamadas Forças Externas Ativas? Cite exemplos destas forças atuantes em estruturas.

Forças que se originam em fenômenos físicos impostos pela natureza ou pelo uso da edificação. Exemplos:

• Ação dos ventos;
• Variações térmicas;
• Abalos sísmicos;
• Cargas de uso (pessoas, móveis, equipamentos).

6) O que são cargas Estáticas e cargas Dinâmicas? Cite exemplos aplicados a estruturas.

• Cargas Estáticas: Cargas que não sofrem mudanças bruscas e estão sempre presentes ou variam lentamente. Ex: peso próprio da estrutura, peso de móveis fixos.
• Cargas Dinâmicas: Cargas cujos valores sofrem mudança brusca de um instante para outro, ou que geram efeitos de inércia. Ex: impacto de veículos, vibrações de máquinas, ação de ventos fortes, abalos sísmicos.

7) O que são cargas ditas Permanentes em uma estrutura?

Cargas que se originam do próprio peso dos elementos que compõem a forma arquitetônica. A quantificação está diretamente relacionada com o peso dos elementos e é determinada através do volume e do peso específico do material que compõe o elemento.

8) O que são cargas ditas Acidentais em uma estrutura?

Cargas que têm origem no peso das pessoas e/ou equipamentos que irão utilizar os espaços arquitetônicos. Incluem todos os pesos móveis, como pessoas, animais, máquinas, móveis, acessórios, entre outros.

9) O que são cargas ditas Excepcionais em uma estrutura?

Cargas que se originam pela ação do clima da região onde são construídas as formas arquitetônicas. São cargas que variam de região para região e seus valores são regulamentados por normas específicas.

10) O que são cargas ditas Ressonantes em uma estrutura? Como elas podem afetar um determinado sistema estrutural?

Cargas provocadas por movimentos rítmicos durante um tempo prolongado. Apesar de produzirem forças relativamente pequenas, resultam em efeitos ressonantes que podem levar a estrutura ao colapso se a frequência da carga coincidir com a frequência natural da estrutura.

11) O que são forças ditas Reativas em uma estrutura?

Forças que se originam nas posições vinculares dos elementos estruturais. São as reações geradas pelos dispositivos mecânicos que impedem os movimentos dos elementos estruturais em resposta às forças externas ativas.

12) O que são os Vínculos de uma estrutura? Quais suas funções em um sistema estrutural?

Vínculos são dispositivos mecânicos que têm por objetivo unir os elementos estruturais na formação do sistema e impedir os possíveis movimentos causados pelas forças externas ativas. Suas funções são restringir certos tipos de movimentos (translações e/ou rotações) e permitir outros.

13) Cite exemplos de vínculos estruturais de primeira, segunda e terceira ordem.

• Apoio simples ou de primeira ordem: Impede o deslocamento linear na direção perpendicular à base, deixando livres os demais movimentos. Ex: viga apoiada sobre o pilar.
• Rótula ou apoio de segunda ordem: Impede todos os deslocamentos lineares (translações), permitindo rotações. Ex: rótula interna.
• Engaste ou vínculo de terceira ordem: Impede todos os deslocamentos lineares e rotações. Ex: engaste em uma viga ou pilar.

14) Como sistemas de pavimento, lajes podem ser projetadas das mais diferentes formas, com os mais distintos materiais. Cite exemplos de sistemas construtivos de lajes.

• Lajes Maciças
• Lajes Alveolares
• Lajes Steel Deck
• Lajes Nervuradas (ou Reticulares)
• Lajes Planas

16) O que são lajes nervuradas ou reticulares? Qual a espessura estimada de uma laje nervurada, para efeitos de pré-dimensionamento estrutural, se a mesma deve vencer um vão de 10 metros?

Lajes nervuradas ou reticulares são lajes que possuem nervuras (vigotas) em uma ou duas direções, formando uma grelha, o que as torna mais leves e eficientes para vencer grandes vãos. A espessura estimada para uma laje nervurada que deve vencer um vão de 10 metros é de 16cm.

17) Por que em lajes nervuradas é importante a presença de capitéis junto às cabeças dos pilares?

Em lajes nervuradas, a presença de capitéis (engrossamentos da laje) junto às cabeças dos pilares é importante para aumentar a área de contato entre a laje e o pilar, evitando o efeito de punção, que é a ruptura da laje por cisalhamento ao redor do pilar.

20) O que são lajes do tipo steel deck? Quais as vantagens na sua utilização?

Lajes do tipo steel deck são lajes mistas de aço e concreto, onde uma forma de aço perfilada é incorporada e atua como fôrma e armadura positiva. Possuem vantagens como:

• Rapidez e simplicidade de construção;
• As formas e vigas são industrializadas com severas tolerâncias de fabricação, garantindo precisão;
• Redução de escoramento;
• Redução do peso próprio da estrutura.

21) O que são lajes alveolares pré-moldadas? Quais suas vantagens?

22) Qual a diferença entre um sistema viga-pilar e um sistema pórtico?

No sistema viga-pilar, os elementos (vigas e pilares) estão apenas apoiados entre si, o que os torna mais suscetíveis a flexões e deformações. Enquanto no sistema pórtico, os elementos estão engastados uns nos outros, formando um único elemento estrutural mais rígido e menos propenso a flexões, distribuindo melhor os esforços.

25) Quais as principais recomendações que devemos observar no momento do planejamento de um sistema estrutural do tipo Alvenaria Estrutural?

No planejamento de um sistema estrutural do tipo Alvenaria Estrutural, deve-se observar as seguintes recomendações:

• Deve ser o mais racional possível, buscando a simplicidade e repetição;
• Deve observar simetrias e modulações para otimizar o uso dos blocos;
• Deve observar as restrições do sistema, que é basicamente desenvolvido para resistir a tensões de compressão;
• As alvenarias têm baixa resistência à tração, o que exige atenção especial ao detalhamento e reforços.

26) Quais as principais características de sistemas estruturais que utilizam arcos como elementos de sustentação?

27) O que são cascas estruturais? Cite exemplos de geometrias possíveis de cascas estruturais.

Cascas estruturais são elementos comprimidos bidimensionais. Por terem espessuras muito pequenas em relação às suas outras dimensões, as cascas não possuem rigidez à flexão significativa. Assim, as cascas desenvolvem principalmente esforços normais, basicamente de compressão. Podemos citar alguns exemplos como:

28) Descreva o conceito de "flecha ótima" em um sistema de cabos de sustentação.

29) O que chamamos de "tensão" aplicada em um material?

Tensão é o estado que a matéria assume decorrente da deformação oriunda de cargas aplicadas aos corpos sólidos, ou seja, a reorganização molecular dos sólidos em resposta a essas cargas.

30) O que são tensões normais? Como elas atuam em uma seção de um elemento estrutural?

Tensões normais são tensões perpendiculares à seção transversal de um elemento estrutural, atuando na direção da força aplicada (compressão ou tração).

31) O que são as chamadas tensões de cisalhamento?

Tensões de cisalhamento são tensões paralelas à seção transversal de um elemento estrutural, causadas por forças que tendem a deslizar uma parte do material sobre a outra.

32) Por que em sistemas estruturais é interessante o uso de materiais que apresentem comportamento elasto-plástico?

Em sistemas estruturais, o uso de materiais que apresentem comportamento elasto-plástico é interessante porque o comportamento plástico, além do limite elástico, é um indício e uma boa advertência de que o elemento estrutural pode romper a qualquer momento. O comportamento plástico permite que os elementos estruturais sofram grandes deformações antes da sua ruptura, dando tempo para que medidas de segurança sejam tomadas ou para que a estrutura seja recuperada.

33) O que é um comportamento elástico de um material? E um comportamento plástico?

Comportamento elástico é quando um material sofre deformação sob a aplicação de uma carga e volta para sua forma original após a remoção dessa carga. Já o comportamento plástico é quando o material sofre deformação sob carga e não retorna para a forma original após a remoção da carga, mantendo uma deformação permanente.

34) O que diz a Lei de Hooke?

A Lei de Hooke diz que as tensões (σ) e as deformações específicas (ε) dos materiais são proporcionais, enquanto não ultrapassarem o limite de elasticidade do material.

35) O que é o Módulo de Elasticidade de um material?

O Módulo de Elasticidade (ou Módulo de Young) de um material é uma medida de sua rigidez, representando a relação entre a tensão e a deformação elástica. É um valor constante para cada material dentro de seu regime elástico.

36) Quais os principais tipos de estruturas de contenção?

• Muro de Arrimo
• Parede Diafragma
• Cortinas Atirantadas

Condições de Estaticidade

Sistema Isostático

Sistema cuja quantidade de vínculos é a mínima necessária para manter o sistema estável e em equilíbrio, sem redundâncias.

Sistema Hipostático

Sistema cuja quantidade de vínculos é inferior ao mínimo necessário para manter o sistema estável, resultando em um sistema instável e com possibilidade de movimento.

Sistema Hiperestático

Sistema cuja quantidade de vínculos é superior ao mínimo necessário para manter o sistema estável, apresentando redundâncias e maior capacidade de redistribuição de esforços.