Autor: Carolina Pepitone

Vigas

• São elementos lineares, que apresentam uma das dimensões (comprimento) muito maior do que as outras duas (dimensões da seção transversal) e que estão submetidas a cargas perpendiculares ao seu eixo longitudinal.
• Desenvolvem-se em suas seções transversais, solicitações de Momento Fletor (flexão) e Esforço Cortante (cisalhamento da viga).
• O momento fletor que atua na seção (responsável pela tendência de giro) é inversamente proporcional ao momento de inércia da seção, (resistência ao giro).
• Vigas são normalmente sujeitas a cargas dispostas verticalmente, o que resultará em esforços de cisalhamento e flexão. Quando cargas não verticais são aplicadas à estrutura, surgirão forças axiais.

OBS: Nas estruturas constituídas por lajes sem vigas, os esforços são transmitidos diretamente das lajes para os pilares. Nessas lajes, deve-se dedicar atenção especial à verificação de punção (tipo de ruína abrupta e perigosa por não fornecer aviso prévio).

Observações sobre Dimensionamento

• Uma duplicação de um vão unidirecional implica em quadruplicar o peso da estrutura.
• Os sistemas unidirecionais são de natureza hierárquica e linear, e produzem edificações com caráter polar ou dirigido. As escolhas estruturais possíveis consistem em elementos de cobertura, lajes, vigas, vigas mestras e vigas em treliça.
• Num sistema bidirecional cada carga é suportada por no mínimo 4 pontos, e não 2. Os sistemas multidirecionais operam como grandes redes. Oferecem maior flexibilidade em relação as subdivisões espaciais internas, integração de sistemas mecânicos e acomodação de sistemas de fechamento externo. As opções são placas de lajes de duas direções, grades de vigas, vigas nervuradas e estruturas espaciais.
• A maior vantagem da ação de armação rígida é a resistência a forças laterais.

Pórtico

• São estruturas em que a ligação entre vigas e pilares é rígida.
• Os pórticos são largamente utilizados no travamento de edifícios, principalmente nos elevados, nos quais as cargas horizontais dos ventos são muito significativas. No caso de uma viga simplesmente apoiada nos pilares todo o esforço é absorvido pelos pilares, impedindo a possibilidade de travamento.
• Em um pórtico, entretanto, o vínculo entre viga e pilar é rígido, o que significa que o ângulo entre a viga e o pilar é sempre mantido para qualquer solicitação. Neste caso, os efeitos de flexão na viga também são absorvidos pelos pilares aliviando-a:

No caso das vigas biapoiadas, os vínculos articulado-fixo de um lado e articulado-móvel de outro, definem um sistema de uma viga simplesmente apoiada nos pilares – como o próprio nome diz. Em tal sistema, os esforços de flexão produzidos pelas cargas verticais sobre a viga são absorvidos por elas mesmas. Os esforços devidos a uma força horizontal aplicada no topo do pilar são absorvidos apenas por ele. Ambos esforços são transmitidos integralmente para as fundações.

Vinculações

1. Apoio Articulado Móvel (Apoio Simples)

Este tipo de apoio restringe apenas uma translação, e a reação tem direção perpendicular ao plano de rolamento.

2. Apoio Articulado Fixo (Articulação)

Este tipo de apoio impede as duas translações no plano, e a direção da reação R é indeterminada, sendo comum a utilização de duas componentes, horizontal e vertical.

3. Apoio Engastado(Apoio de Engastamento Perfeito)

Este tipo de apoio impede todos os movimentos no plano, surgindo então três reações de apoio: a vertical (V), a horizontal (H) e momento (M).

Tipos de Apoio de Vigas

1. Viga Bi apoiada: apoiada em dois apoios articulados, sendo um fixo e o outro móvel.

2. Viga em balanço: possui um apoio engastado, não sendo livre a sua rotação.

3. Viga com extremidade em balanço: articulada em um apoio fixo e um apoio móvel.

Tipo de Vigas

1. Viga estrutural: é um elemento estrutural das edificações, geralmente usada no sistema laje-viga-pilar para transferir os esforços verticais recebidos da laje para o pilar ou para transmitir uma carga concentrada, caso sirva de apoio a um pilar.

• A largura mínima da seção transversal dessas vigas deve ser de 12 cm para vigas e de 15 cm para vigas parede. Esses limites podem ser reduzidos, respeitando-se um mínimo absoluto de 10 cm em casos excepcionais.

 2. Viga de equilíbrio ou alavanca: combate o momento fletor resultante de excentricidades de carregamento em sapatas.

3. Vigas-quadro: são mais deformáveis que as vigas treliçadas planas e são recomendadas quando são necessários grandes vazios na alma para passagem de tubulações.

4. Vigas Vierendeel: é um sistema estrutural formado por barras que se encontram em pontos denominados nós, assim como as treliças. É como se dentro de um quadro rígido (com todas as articulações enrijecidas), formado por uma viga superior e uma inferior, fossem colocados montantes, e a influência de uma barra em outra provoca a diminuição nas suas deformações e, em consequência, nos esforços atuantes, permitindo que o conjunto possa receber um carregamento maior ou vencer um vão maior. O Cespe adora essa viga!!!

As barras horizontais da viga Vierendeel são chamadas de membruras e as verticais, montantes. A membrura superior e os montantes estão sujeitos a esforços de compressão simples, momento fletor e força cortante. Já a membrura inferior a tração simples, momento fletor e força cortante.  

A viga Vierendeel necessita que os nós sejam rígidos, por isso deve-se usar materiais que facilitem a execução de vínculos rígidos, como o aço e o concreto armado moldado in loco. O aço, com seção tubular retangular, é o mais indicado, assim como, quando utilizado concreto armado, as seções retangulares são recomendadas pela maior facilidade de execução, porém não deixa de ser um trabalho de fôrma difícil.

São muito utilizadas quando se exige grandes vazios na alma, para passagem de tubulações ou de ventilação e iluminação, ou ainda para tornar vigas de grande porte visualmente mais leves, podendo sustentar ao mesmo tempo coberturas (na membrura superior) e pisos (na membrura inferior).

5. Viga Balcão: projetada para fora do plano, por motivos estéticos, exigências arquitetônicas ou de projeto, em forma de arco ou poligonal, apoiada em seus extremos.

6. Vigas Treliçadas:  surgiram para atender as condições de vão maiores. As treliças apresentam mais material no topo e no fundo para acomodar os esforços de compressão na extremidade superior, e tração na extremidade inferior. As diagonais dão rigidez e resistem a esforços de cisalhamento

Variando a altura, o ângulo e o espaçamento dos componentes internos é possível desenvolver um número infinito de padrões de cargas diferentes.

Podem acomodar os sistemas de controle ambiental do edifício.

Para vãos de até 30m existem em estoques vários tamanhos e formas (travessas de aço ou travessas de malha aberta).

7. Estrutura em Grelha: composta por barras que se cruzam, apoiadas em seus extremos em outras barras (vigas principais), que se apoiam sobre os pilares.

Obs- Já cobrado em concurso:

• Armadura de pele ou de costela: usadas em vigas com alturas superiores a 60cm.
• A armadura de pele tem por função controlar a abertura de fissuras nas regiões tracionadas das vigas.

Pessoal, esse assunto é bem complexo e minha intenção é apenas relembrar alguns pontos que são mais cobrados em concurso, não é uma aula!!!

Bons estudos!!! 😉

Pilar

As forças normais de compressão são preponderantes e a função principal é receber as ações atuantes nos diversos níveis e conduzi-las até as fundações.

• A seção transversal dos pilares, qualquer que seja a sua forma, não deve apresentar dimensão menor que 19 cm. Em casos especiais, permite-se a consideração de dimensões entre 19 cm e 12 cm, desde que no dimensionamento se multipliquem as ações por um coeficiente adicional.
• Todas as recomendações referentes aos pilares são válidas nos casos em que a maior dimensão da seção transversal não exceda 5x a menor dimensão (h ≤ 5b). Quando esta condição não for satisfeita, o pilar deve ser tratado como pilarparede.
• Em qualquer caso, não se permite pilar com seção transversal de área inferior a 360 cm².

Paredes estruturais:

• pela NBR-6118, a espessura das paredes estruturais não deve ser inferior a 14cm nem a 1/25 da altura livre.
• O comprimento da seção horizontal deve ser maior do que 5 vezes a espessura para que a peça seja considerada como parede estrutural.

Classificação dos pilares de acordo com a sua função estrutural

• pilares de contraventamento: são elementos rígidos que garantem que os nós da estrutura do edifício fiquem praticamente indeslocáveis. Podem ser considerados de contraventamento os pilares rígidos (e as paredes estruturais) em torno dos elevadores e escadas.
• pilares contraventados: são pilares pouco rígidos mas com suas extremidades praticamente indeslocáveis devido ao efeito dos pilares de contraventamento. Estes pilares contraventados podem ser calculados isoladamente no trecho entre dois pisos.

Classificação dos pilares de acordo com a sua posição em planta

• pilares internos: localizados no interior do pavimento.
• pilares de extremidade: localizados nos contornos do pavimento.
• pilares de canto: localizados no canto do pavimento.

Índice de esbeltez:

• indica o quão esbelto é um pilar. Ele mede a facilidade ou a dificuldade que um pilar tem de flambar. É obtido pela divisão do comprimento de flambagem pelo raio de giração mínimo.
• Se o índice de esbeltez é pequeno (pilar curto), a probabilidade de o pilar flambar é menor.
• Se o índice de esbeltez é grande (pilar longo), a probabilidade de o pilar flambar é maior.

Os pilares podem ser classificados em:

1. pilares robustos ou pouco esbeltos → λ ≤ λ1
2. pilares de esbeltez média → λ1 < λ ≤ 90
3. pilares esbeltos ou muito esbeltos → 90 < λ ≤ 140
4. pilares excessivamente esbeltos → 140 < λ ≤ 200

A NBR 6118:2003 não admite, em nenhum caso, pilares com índice de esbeltez λ superior a 200.

Excentricidade: quando os eixos baricêntricos das vigas não passam pelo centro de gravidade da seção transversal do pilar, as reações das vigas apresentam excentricidades que são denominadas excentricidades de forma.

Armaduras transversais: constituída por estribos e, quando for o caso, por grampos suplementares, deve ser colocada em toda a altura do pilar, sendo obrigatória sua colocação na região de cruzamento com vigas e lajes.

Cobrimento das armaduras: Para garantir o cobrimento mínimo, o projeto e a execução devem considerar o cobrimento nominal, que é o cobrimento mínimo acrescido da tolerância de execução.

• Em seções poligonais, deve existir pelo menos uma barra em cada vértice; em seções circulares, no mínimo seis barras distribuídas ao longo do perímetro.

 Cobrimento de concreto:

•  É a distância entre a face externa do pilar e a face externa do estribo, tem uma importância fundamental para a durabilidade e para a segurança da obra.
• Um cobrimento deficiente pode deixar as barras expostas, causando a corrosão das armaduras.
• A NBR-6118 recomenda que qualquer barra da armadura deve ter um cobrimento de concreto pelo menos igual ao seu diâmetro , mas não menor que:

1. para concreto revestido com argamassa de espessura mínima de 1cm:

• pilares no interior de edifícios c = 1,5 cm
• pilares ao ar livre c = 2,0 cm

2. para concreto aparente

• pilares no interior de edifícios c = 2,0 cm
• pilares ao ar livre c = 2,5 cm

Definição de estribo: peças dispostas transversalmente ao elemento estrutural, com o objetivo de resistir aos esforços transversais decorrentes de forças de cisalhamento (no caso de vigas),  esforços de compressão (no caso de pilares) e auxiliar a montagem e transporte das armaduras (pilares e vigas)

Os estribos têm as seguintes funções:

1. garantir o posicionamento e impedir a flambagem das barras longitudinais;
2. garantir a costura das emendas de barras longitudinais;
3. confinar o concreto e obter uma peça mais resistente ou dúctil.

Fontes: NBR 6120, 6118, 12655, 8681; anotações de aulas; material de estudo do Ponto dos Concursos; apostila de Concreto Armado USP.

Sistemas estruturais são sistemas tridimensionais de resposta à forças que são ajustadas para acomodar cargas externas de qualquer direção.

Ações que atuam sobre uma estrutura de concreto armado 

As forças são designadas por ações diretas e as deformações impostas por ações indiretas. Em função de sua variabilidade no tempo, as ações podem ser classificadas como:

1. Ações permanentes;
2. Ações variáveis;
3. Ações excepcionais.

 1. Ações Permanentes: ocorrem com valores praticamente constantes, ou com pequena variabilidade em torno de sua média, ao longo de toda a vida útil da construção. Este tipo de carga é constituído pelo peso próprio da estrutura e pelo peso de todos os elementos construtivos fixos e instalações permanentes. As ações permanentes são divididas em:

a) Ações permanentes diretas: são constituídas pelo peso próprio da estrutura, dos elementos construtivos fixos, das instalações e outras como equipamentos e empuxos.

b) Ações permanentes indiretas: são constituídas por deformações impostas por retração do concreto, fluência, recalques de apoios, imperfeições geométricas e protensão.

OBS:Quando forem previstas paredes divisórias, cuja posição não esteja definida no projeto, o cálculo de pisos com suficiente capacidade de distribuição transversal da carga, quando não for feito por processo exato, pode ser feito admitindo, além dos demais carregamentos, uma carga uniformemente distribuída por metro quadrado de piso não menor que um terço do peso por metro linear de parede pronta, observado o valor mínimo de 1 kN/m2.

As cargas de natureza permanente que atuam nas lajes são compostas basicamente por:

• Peso próprio da laje;
• Peso da regularização;
• Peso do enchimento;
• Peso do revestimento;
• Peso das alvenarias sobre as lajes.

Quando o carregamento das paredes são aplicados diretamente sobre as vigas, são considerados lineares. Quando aplicados sobre as lajes, são distribuídos sobre sua superfície, tornando-se superficiais.

2. Ações Variáveis: variam de intensidade de forma significativa em torno de sua média, ao longo da vida útil da construção. São classificadas em diretas, indiretas e dinâmicas.

a) Ações variáveis diretas: são constituídas pelas cargas acidentais previstas para o uso da construção, pela ação do vento e da chuva, devendo respeitar as prescrições feitas por normas específicas. Como cargas verticais previstas para o uso da construção tem-se: cargas móveis (considerando o impacto vertical), impacto lateral, força longitudinal de frenação ou aceleração, força centrífuga.

Obs: Cargas Acidentais para a NBR-8681 são “as ações variáveis que atuam nas construções em função de seu uso (pessoas, mobiliário, veículos, materiais diversos, etc).”

b) Ações variáveis indiretas: são causadas pelas variações da temperatura, podendo ser com variação uniforme e não uniforme de temperatura.

c) Ações dinâmicas: quando a estrutura, pelas suas condições de uso, está sujeita a choques ou vibrações, os respectivos efeitos devem ser considerados na determinação das solicitações e a possibilidade de fadiga deve ser considerada no dimensionamento dos elementos estruturais

Fadiga: É o efeito observado em estruturas com estado de tensões bem abaixo da tensão de ruptura quando se pode desenvolver um acúmulo do dano com cargas cíclicas continuadas conduzindo a uma falha do componente ou estrutura.

Condições peculiares: Nos compartimentos destinados a carregamentos especiais, como os devidos a arquivos, depósitos de materiais, máquinas leves, caixas-fortes etc., não é necessária uma verificação mais exata destes carregamentos, desde que se considere um acréscimo de 3 kN/m2 no valor da carga acidental.

3. Ações Excepcionais:  São de duração extremamente curta e com muito baixa probabilidade de ocorrência durante a vida útil da construção. Devem ser consideradas no projeto se seus efeitos não puderem ser controlados por outros meios. São exemplos os abalos sísmicos, as explosões, os incêndios, choques de veículos, enchentes, etc.

 Espécie de cargas atuantes em estruturas

1.Cargas estáticas: são preponderantes na maioria das construções. Incluem: peso fixo de maquinarias, carga prevista dos ocupantes e materiais de construção.

2.Cargas dinâmicas: carros passando por cima da ponte.

3.Cargas vivas: incluem todas as cargas menos o peso próprio da estrutura. Ex: ocupantes, mobília, maquinarias, neve, chuva, vento, terremoto, etc.

4.Cargas mortas: o peso dos materiais estruturais e dos componentes que constituem a edificação.

5.Cargas de vento: são cargas dinâmicas, mas são tratadas como cargas estáticas equivalentes.

6.Cargas térmicas: exigem juntas de dilatação/expansão.

Estado limite

Estados limites de uma estrutura: estados a partir dos quais a estrutura apresenta desempenho inadequado à finalidade da construção.

1. Estados limites últimos: estados que pela sua simples ocorrência determinam a paralisação, no todo ou em parte, do uso da construção. São caracterizados por:

• perda de equilíbrio, global ou parcial, admitida a estrutura como corpo rígido;
• ruptura ou deformação plástica excessiva dos materiais;
• transformação da estrutura, no todo ou em parte, em sistema hipostático;
• instabilidade por deformação; e
• instabilidade dinâmica.

2. Estados limites de utilização: estados que pela sua ocorrência, repetição ou duração causam efeitos estruturais que não respeitam as condições para o uso normal da construção, ou que são indícios de comprometimento da durabilidade da estrutura. São caracterizados por:

• danos ligeiros ou localizados, que comprometam o aspecto estético da construção ou a durabilidade da estrutura;
• deformações excessivas, que afetem a utilização normal da construção ou seu aspecto estético; e
• vibrações de amplitude excessiva.

Em relação à estabilidade da estrutura de concreto armado, os Apoios são classificados em 3 tipos:

1.Hipostáticos:

• O número de vínculos é insuficiente
• Não são estáveis
• Não possuem equilíbrio estático
• Tendo, por isso, algum movimento (grau de liberdade) não restringido

2.Isostáticos

• Número de vínculos estritamente necessários para impedir qualquer movimento.

3.Hiperestáticos

• Número de vínculos superior ao necessário para impedir qualquer movimento.

Relembrando as principais forças que atuam nas estruturas

• Força Axial: tração e compressão. Quando você puxa um barbante, está exercendo sobre ele uma força axial, chamada de tração;

• Flexão: acontece quando você tenta dobrar uma barra. Um barbante, por exemplo, não tem rigidez à flexão, pois você pode dobrá-lo sem fazer nenhuma força. A força que mede o grau de flexão é chamada de momento fletor;

• Torção: provoca um giro em torno de seu próprio eixo, consequência do momento torçor aplicado;

• Cortante: é a força gerada pela tentativa de seccionar uma peça, empurrando uma parte para cima e outra para baixo, com forças bem próximas. O corte de uma tesoura provoca a ruptura do papel por cisalhamento. A tensão que surge é chamada de tensão de cisalhamento.

OBS- Já cobrado em concursos:

• Em edifícios muito altos, acima de 25 pav. a estrutura metálica é mais recomendada e exige contraventamento.
• O concreto é um material de fácil manutenção e conservação e seu custo, no Brasil, é menor que o do aço.