Este capítulo introduz os principais conceitos de sistemas estruturais, incluindo a definição de sistemas, componentes e elementos. Também descreve as principais etapas do projeto estrutural, os tipos de ações que atuam em estruturas, classificação dessas ações, e conceitos importantes de segurança em estruturas como estados limites e tipos de rupturas.

1. CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS ESTRUTURAIS
Prof. Dr. Joaquim Marins Neto
Fonte principal: NOVAES (1997) - UFSCar
1.1 GENERALIDADES
• Sistema: combinação de partes, reunidas para obter um resultado ou formar um
conjunto organizado (Sistema Estrutural).
• Componentes e Elementos: o componente é a menor fração utilizada na produção do
elemento, o qual é identificado como a parte do sistema que por si só já configura uma
determinada fração. (Componente: armadura, concreto – Elemento: viga, pilar, etc).
• Sistema Construtivo: conjunto de elementos da construção (subsistemas) que
associados e coordenados formam um todo (edificação). Entre esses subsistemas
temos:
- Fundações;
- Estruturas;
- Vedações;
- Cobertura;
- Instalações;
- Esquadrias;
- Revestimentos;
- Pisos e pavimentações.

2. Desenho de Estruturas Introdução aos sistemas estruturais
Estes vários subsistemas são interdependentes, formados por componentes materiais da
construção do edifício, organizados e compatibilizados no projeto de modo a cumprir os requisitos
e critérios funcionais e construtivos da edificação.
Entre as principais tipologias de sistemas construtivos empregados atualmente no setor,
temos:
- Sistema tradicional racionalizado;
- Pré-fabricado de concreto;
- Pré-fabricado metálico;
- Alvenaria estrutural.
Entre os materiais usualmente empregados na produção de componentes e elementos de
sistemas estruturais de edificações, temos:
Concreto
armado
protendido
Aço (Estruturas Metálicas)
Tijolos e Blocos (Alvenaria Estrutural)
cerâmicos
concreto
Madeira
Argamassa Armada
Alumínio
Plástico
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1.2 FASES DO PROJETO DE UM SISTEMA ESTRUTURAL
Definição da tecnologia construtiva: materiais e tecnologia a serem empregados na
execução da estrutura. Participação do profissional de estrutura nas definições iniciais,
juntamente com arquiteto e construtor;
Composição do sistema estrutural: propostas de arranjo para os elementos estruturais,
que sejam compatíveis com a funcionalidade exigida pelo partido arquitetônico e com a
economia da construção e do empreendimento;
Definição do esquema estático: redução da complexidade tridimensional do objeto,
através de simplificações para efeito de cálculos. Idealização das condições de apoios, etc;
Definição das cargas: em função do uso a que se destina o objeto e seus ambientes;
Cálculo dos esforços internos solicitantes: forças normais e cortantes, momentos
fletores e torção. Identificação das seções mais solicitadas nos elementos que compõem o
sistema estrutural;
Cálculo de tensões normais: devido a forças normais e momentos fletores nas
seções mais solicitadas;
Cálculo de tensões tangenciais: devido a forças cortantes e momento de torção nas
seções mais solicitadas.
Dimensionamento dos elementos estruturais: compatível com a composição
arquitetônica e com as dimensões dos demais elementos da construção (paredes,
tubulações, etc);
Elaboração de desenhos e especificações;
Acompanhamento da execução;
Avaliação do desempenho durante o uso.
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1.3 AÇÕES EM ESTRUTURAS
Ação é qualquer influência ou conjunto de influências que, atuando em uma estrutura,
produz estado de tensão.
1.3.1 TIPOS DE AÇÕES
Ação gravitacional: pesos próprios de elementos de construção, de objetos no interior dos
ambientes construídos, de água, de neve, etc;
Ação do vento: pressões e sucções que agem externa e internamente aos ambientes
construídos. Depende da geometria do objeto construído, das condições climatológicas da
região do país, da topografia e da rugosidade do terreno;
Ação térmica: provocada por deformações dos elementos estruturais, devido a variações
na temperatura dos ambientes;
Ação reológica: provocada por deformações nos materiais, com o passar do tempo
(fluência sob cargas, retração, deformação lenta, etc.);
Ação devido a recalque de apoio: provocada por deformações em razão de afundamento
das fundações;
Ação sísmica: ação dinâmica provocada por terremotos;
Empuxo de água e solo (horizontal);
Ação dinâmica e de impacto: provocada por vibrações de equipamentos.
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1.3.2 CLASSIFICAÇÃO DAS AÇÕES
a) Segundo o Modo de Atuação
Ações Diretas: pesos próprios, pesos de equipamentos fixos, vento, neve, etc, podem ser
subdivididas em:
Cargas Concentradas:
Cargas Distribuídas em Linha:
Cargas Distribuídas em Superfície:
Ações Indiretas: deformações ou deslocamentos devido a variações de temperatura,
recalques de fundação, sismo, etc.
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6. Desenho de Estruturas Introdução aos sistemas estruturais
b) Segundo sua Variação no Tempo
Ações Permanentes: intensidade e posição são consideradas constantes ao longo do
tempo. Ex: pesos próprios de materiais e componentes da construção, sobrecarga devido
ao mobiliário em edifícios, etc.
Ações Variáveis: intensidade varia ao longo do tempo. Em geral, são representadas por
um valor máximo associado a uma probabilidade de ocorrência, segundo a qual são
subdivididas em:
Normais: probabilidade grande de ocorrência, o que determina que sejam
consideradas obrigatoriamente no projeto. Ex: ação do vento, variação de
temperatura, ações sísmicas, cargas de montagem, etc;
Especiais: de intensidade e natureza especiais.
Ações Excepcionais: de ocorrência pouco provável durante a vida útil de uma estrutura.
Ex: explosões, incêndios, enchentes, furacões e terremotos, impactos de veículos, aviões
ou embarcações, etc.
c) Segundo sua Variação no Espaço
Ações Fixas: posições inalteráveis na estrutura. Ex: pesos próprios de materiais e
componentes.
Ações Livres: posição arbitrária na estrutura podendo ser:
Cargas Móveis: deslocam-se ao longo da estrutura. Ex: peso do veículo ao longo de
uma ponte.
Cargas Removíveis (Acidentais): podem ser arbitrariamente colocadas ou
removidas nas estruturas. Ex: cargas de ocupação dos edifícios.
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7. Desenho de Estruturas Introdução aos sistemas estruturais
1.4 INTRODUÇÃO À SEGURANÇA EM ESTRUTURAS
A segurança das estruturas não se relaciona unicamente com os cálculos, mas também
com todo o processo de projeto, com o gerenciamento, a execução da obra e os procedimentos
destinados à manutenção. Uma estrutura pode ser considerada segura quando existe garantia de
que durante sua vida útil não serão atingidos estados de desempenho que se configurem como
anormais ou insatisfatórios (estados limites).
1.4.1 ESTADOS LIMITES
A verificação da segurança de uma estrutura deve ser observada com relação aos estados
limites, nos quais a mesma deixa de cumprir com suas finalidades, e que são identificados como:
Estados limites últimos ou de ruína: correspondem aos valores máximos das
capacidades resistentes do sistema estrutural, quando a estrutura tem esgotada a sua
capacidade de suporte, surgindo deficiências estruturais caracterizando danos estruturais.
- Ruptura de seções críticas;
- Instabilidade por deformação;
- Deformações elásticas ou plásticas excessivas;
- Instabilidade de corpo rígido;
- Deterioração por efeito de fadiga;
- Geometria alterada por deformação elástica ou plástica, deformação lenta ou por
fissuração;
- Transformação da estrutura, ou parte, em hipostática, etc.
Estados limites de utilização: relacionados com critérios de funcionalidade e durabilidade
considerados normais. Caracteriza-se por comprometer a durabilidade da estrutura ou a
utilização funcional da construção, devido a desempenhos inadmissíveis de elementos,
mesmo sem a ocorrência de danos estruturais.
- Deformações excessivas;
- Fissurações excessivas;
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8. Desenho de Estruturas Introdução aos sistemas estruturais
- Vibrações com amplitudes excessivas;
- Corrosão;
- Trincas excessivas em alvenarias;
- Deficiência no funcionamento de caixilhos, etc.
Dessa forma, um sistema estrutural para ser considerado seguro deve atender aos
seguintes requisitos:
- Durante sua vida útil, deve garantir que as características da construção sejam
preservadas, a um custo razoável de manutenção;
- Em condições normais de utilização o edifício não deve causar inquietação aos usuários,
nem apresentar falsos alarmes que possam proporcionar suspeita sobre sua segurança;
- Em situação de utilização ou de manutenção não previstas, deve demonstrar sinais que
representem advertência quanto a presença de eventuais estados perigosos.
1.4.2 TIPOS DE RUPTURAS
Colapsos frágeis: ocorrem quando a ruína do sistema se dá com o rompimento do
primeiro elemento resistente;
Colapsos dúcteis: ocorrem após a ruína de todos os elementos resistentes do sistema;
1.4.3 MÉTODOS DE VERIFICAÇÃO DE SEGURANÇA
a) Método Clássico ou Método Determinístico das Tensões Admissíveis
A verificação da segurança é efetuada pela limitação das máximas tensões obtidas nos
cálculos, durante a elaboração do projeto, a valores admissíveis para as mesmas.São adotados
coeficientes de segurança, cuja função nos cálculos é minorar os valores das resistências,
determinadas em ensaios para cada tipo de esforço solicitante dos diversos materiais.
f
σ adm =
γ
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onde,
f – resistência do material determinada em ensaio;
γ – coeficiente de segurança.
b) Método Probabilístico dos Estados Limites
Este método usa teorias de probabilidade e estatística para a determinação de coeficientes
de variação.
1.4.4 VALORES CARACTERÍSTICOS E VALORES DE CÁLCULO
Os valores característicos são valores que possuem certa probabilidade de não serem
ultrapassados por valores mais desfavoráveis (ensaio de corpos de prova). Os valores de cálculo
são obtidos dos valores característicos minorando (resistência) ou majorando (ações)
1.5 TIPOS DE ELEMENTOS RESISTENTES
Considerando um corpo com três dimensões L1, L2 e L3, temos:
Blocos: L1 ≅ L2 ≅ L3
Elementos de superfície: L1 ≅ L2 > L3
chapas
placas
placas dobradas
membranas
cascas
abóbadas
cúpulas
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Elemento de barra: L1 ≅ L2 < L3
cabos
arcos
treliças planas
treliças espaciais
vigas
pórticos
grelhas
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
NOVAES, C. C.. Introdução aos sistemas estruturais. UFSCar, 1997.
CARVALHO, R. C.; FIGUEIREDO FILHO, J. R.. Cálculo e detalhamento de estruturas usuais
de concreto armado. UFSCar, 2004.
BOTELHO, M. H. C.. Concreto armado eu te amo. Ed. Blucher, 1999.
FUSCO, P. B.. Técnicas de armar estruturas de concreto. Ed. LTC, 1994, vol.1 e vol.2.
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