aula - estruturas

TB0789 - Mecânica para Engenharia Civil II

Profa. Tereza Denyse de Araújo

Agosto / 2011

Universidade Federal do Ceará

Departamento de Engenharia Estrutural e

Construção Civil

Roteiro de aula

O que é Estrutura?

Qual a melhor solução?

Esforços externos

Esforços internos

Elementos estruturais

Apoios

2

O que é Estrutura?

3

O que é Estrutura?

• Funções:

• Receber as ações externas (cargas).

• Absorver os esforços resultantes.

• Transferir estes esforços até os apoios (fundações).

• Exigências de desempenho:

• Resistência (ruína).

• Rigidez (deformação).

• Durabilidade (ataques químicos – corrosão).

• Economia.4

Segurança

Serviço

Qual a melhor solução?

• Muitos caminhos:• Elementos estruturais com seções menores.

• Poucos caminhos:• Elementos estruturais com seções maiores.

• A mais fácil de construir?

• A mais bonita?

• A mais econômica?5

Qual a melhor solução?

6

LAGES, E. N., UFAL

Estruturas da Natureza

Utah

7

Estruturas da Natureza

Egito

Utah

8

Estruturas da Natureza

Parque Sete Cidades - Pi9

Análise de Estrutura

10

Estrutura

Esforços

Internos

Tensões e

Deformações

Propriedades

dos Materiais

Carregamento

(Ações externas

e reações)

•Força normal

•Força cortante

•Momento fletor

•Momento torsor

Resistência Rigidez

Estrutura

Esforços

Internos

Ações externas

• Carga Concentrada

11

lajes

vigas

pilares

Fundações

http://www.lami.pucpr.br/cursos/estruturas/Index.html

Ações externas

• Carga Distribuída / m

12

lajes

vigas

http://www.lami.pucpr.br/cursos/estruturas/Index.html

Ações externas

• Carga Distribuída / m2

13

http://www.lami.pucpr.br/cursos/estruturas/Index.html

Ações externas

• NBR 6120:1980 / NBR 8681:2003

• Ações permanentes:• Peso da estrutura e dos elementos fixos.

• Cargas acidentais (uso):• Peso de pessoas, móveis, máquinas, carros, ...

• Ações excepcionais:• Força do vento.• Pressão de líquidos e do terreno (solo).• Variação de temperatura.• Terremotos.

14

Esforços Internos

15

Esforços Internos

16

Esforços Internos

Força normal:

NN

Força cortante:

QQ

Efeitos em uma barra:

NN

Tração

Compressão

17

Tração

http://www.lami.pucpr.br/cursos/estruturas/Index.html

18

Compressão

http://www.lami.pucpr.br/cursos/estruturas/Index.html

19

Força Cortante

http://www.lami.pucpr.br/cursos/estruturas/Index.html

20

Esforços Internos

Efeitos em uma barra:

Momento torsor:

T

T

Momento fletor:

MM

21

Momento Fletor

http://www.lami.pucpr.br/cursos/estruturas/Index.html

22

Momento Torsor (Torção)

http://www.lami.pucpr.br/cursos/estruturas/Index.html

23

Elementos Estruturais

• Elementos lineares (1D)

• Vigas, colunas, tirantes.

• Arcos e cabos.

• Elementos de superfície (2D)

• Placas, cascas, chapas.

• Elementos de volume (3D)

• Blocos, muros de contenção, barragens.

24

Vigas

Cargas transversais (flexão).

Esforços: M, Q.

25

Vigas

26

Vigas

27

Vigas

28

Vigas

29

Pilares

Esforços normais de

compressão.

30

Pilares

31

Pilares

32

Tirantes

Esforços normais de

tração.

33

Arcos

Elementos curvos submetidos a esforços normais de

compressão.

34

Arcos

35

Arcos

36

Arcos

37

Cabos

Ponte Golden Gate

Elementos curvos submetidos a esforços normais de tração.

38

Cabos

39

Cabos

40

Cabos

Cabos estaiados

41

Cabos

Ponte suspensa

42

Placas

Cargas transversais (flexão).

Esforços: M, Q e T.

43

Lajes nervuradas Sem viga

Com viga de rigidez

Com engrossamento do pilar44

Lajes Nervuradas Protendidas

45

Chapas

L1 ~ L2 >> L3

L1 L2

L3

46

Paredes Estruturais

47

Cascas

Novo Museu – Curitiba

48

Cascas

Novo Museu – Curitiba49

Cascas

Sydney Opera House - Austrália50

Elementos 3D

Sapata

51

Fundações

52

Fundações

53

Muros de Contenção

54

Pórticos planos

55

Pórticos

56

Pórticos espaciais

57

Pórticos

58

Pórticos

59

Pórticos espaciais

60

Treliças

61

Treliças

62

Treliças

63

Treliças

64

Treliças

65

Grelhas

66

Grelhas

67

Apoios

• Apoio do 1o. gênero = Apoio Móvel = Apoio

Simples

• Uma reação de apoio (impede um deslocamento)

• Apoio do 2o. gênero = Apoio Fixo = Rótula

• Duas reações de apoio (impede dois deslocamentos)

• Apoio do 3o. gênero = Engaste

• Três reações de apoio (impede três deslocamentos)

68

Apoios

Apoio móvel Apoio fixo

Engaste

69

Articulação Móvel

Ponte Milenium Bridge – Londres

70

Articulação Fixa

Ponte ferroviária Zarate Brazo Largo I – rio Paraná de las Palmas –

Argentina (1978)

71

Engaste

CN Tower – Toronto – Canadá

Postes de iluminação pública

72

Engaste

Engaste em estrutura metálica

Engaste em estrutura de concreto

73

Ligações

74

Rótulas

75

Dente Gerber

76

Junta de Dilatação

77

Caminho dos Esforços

78

Tipos de Estruturas

• Estaticamente Determinadas• Todas as forças (incógnitas) na estrutura podem ser determinadas das

equações de equilíbrio da estática

• Hipostática → Número de incógnitas < número de equações de equilíbrio da

estática (equilíbrio instável)

• Isostática → Número de incógnitas = número de equações de equilíbrio da

estática (equilíbrio estável)

• Estaticamente Indeterminadas• As equações de equilíbrio da estática não são suficientes para determinar

todas as forças (incógnitas) na estrutura

• Hiperestática → Número de incógnitas > número de equações de equilíbrio da

estática (equilíbrio estável)

79

Estruturas Hiperestáticas

• Grau de Indeterminação Estática = GIE

• GIE = r - ne

• Hipostática → r < ne

• Isostática → r = ne

• Hiperestática → r > ne

80

Áreas de aplicação

• Arquitetura

• Engenharia Civil

• Engenharia Mecânica

• Engenharia Aeronáutica/Espacial

• Engenharia Naval

• Engenharia Elétrica

• Engenharia Química

81

Edifícios

Petronas Towers – Kuala Lumpur John Hancock Center – Chicago82

Cobertas

Casca de policarbonato

Membrana tensionada

83

Pontes

Ponte de Alamillo - Espanha

Harbor bridge – Sydney

84

Construções Históricas

Aqueduto Pont du Gard – Nimes/França 85

Construções Históricas

Catedral de Chartres - França 86

Estádios

Estádio Olímpico de Atenas87

Geração de Energia

Barragem de Itaipu88

Geração de Energia

Poço de uma turbina

Descida da turbina

89

Geração de Energia

Turbina eólica

Linha de transmissão

90