LAJES, VIGAS, PILARES e FUNDAÇÕES são os principais elementos estruturais, nesta aula veremos sobre cada um destes elementos. Alguns tópicos importantes explicados do artigo são: O que são lajes? Quais os principais tipos de lajes? O que são vigas? Principais tipos de vigas; Vinculações entre vigas e pilares; O que são pilares? O que são fundações? O que são fundações superficiais? Tipo de fundação superficial mais utilizada; O que são fundações profundas? Tipo de fundação profunda mais utilizada.
Quais são os principais elementos estruturais?
Nas construções de concreto armado, independentemente se elas são de pequeno ou de grande porte, três elementos estruturais serão usados: as lajes, as vigas e os pilares. Por isso, esses são os elementos estruturais mais importantes. Outros elementos, que podem não ocorrer em todas as construções, são: blocos e sapatas de fundação, estacas, tubulões, consolos, vigas-parede, tirantes, etc.
Existem ainda outros elementos estruturais, que não falaremos nessa aula. Entre eles podem ser citados: viga-parede, consolo, dente gerber, tirante, viga alavanca e elementos compostos, como escadas, reservatórios, muros de arrimo, etc.
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O que são lajes?
As lajes são os elementos planos que se destinam a receber a maior parte das ações aplicadas numa construção, como de pessoas, móveis, pisos, paredes, e os mais variados tipos de carga que podem existir em função da finalidade arquitetônica do espaço físico que a laje faz parte.
As ações são comumente perpendiculares ao plano da laje podendo ser divididas em: distribuídas na área (peso próprio, revestimento de piso, etc.), distribuídas linearmente (paredes) ou forças concentradas (pilar apoiado sobre a laje). As ações são geralmente transmitidas para as vigas de apoio nas bordas da laje, mas eventualmente também podem ser transmitidas diretamente aos pilares.
Lajes maciças
As lajes maciças de concreto, com espessuras que normalmente variam de 7 cm a 15 cm, são comuns em edifícios de pavimentos e em construções de grande porte, como escolas, indústrias, hospitais, pontes, etc. De modo geral, não são aplicadas em construções residenciais e outras de pequeno porte, pois nesses tipos de construção as lajes nervuradas pré-fabricadas apresentam vantagens nos aspectos custo e facilidade de construção.
Laje maciça é um termo que se usa para as lajes sem vazios apoiadas em vigas nas bordas, as lajes lisas e cogumelo também não têm vazios, porém, tem outra definição.
Lajes cogumelo
“Lajes cogumelo são lajes apoiadas diretamente em pilares com capitéis, enquanto lajes lisas são as apoiadas nos pilares sem capitéis” (NBR 6118/03, item 14.7.8). A laje lisa e cogumelo também são chamadas pela norma como lajes sem vigas.
Elas apresentam a eliminação de grande parte das vigas como a principal vantagem em relação às lajes maciças, embora por outro lado tenham maior espessura. São usuais em todo tipo de construção de médio e grande porte, inclusive edifícios de até 20 pavimentos. Apresentam como vantagens custos menores e maior rapidez de construção. No entanto, são suscetíveis a maiores deformações (flechas).
Capitel é a região nas adjacências dos pilares onde a espessura da laje é aumentada com o objetivo de aumentar a sua capacidade resistente nessa região de alta concentração de esforços cortantes e de flexão
Lajes nervuradas
“Lajes nervuradas são as lajes moldadas no local ou com nervuras pré-moldadas, cuja zona de tração para momentos positivos está localizada nas nervuras entre as quais pode ser colocado material inerte” (NBR 6118/03, item 14.7.7). As lajes com nervuras pré-moldadas são comumente chamadas pré-fabricadas.
Existem também lajes nervuradas moldadas no local sem material de enchimento, feitas com moldes plásticos removíveis.
Lajes pré-fabricadas
As lajes pré-fabricadas do tipo treliçada, onde a armadura tem o desenho de uma treliça espacial, vêm ganhando maior espaço na aplicação em construções residenciais de pequeno porte e até mesmo em edifícios de baixa altura, principalmente devido ao bom comportamento estrutural e facilidade de execução.
Vigas
Segundo a NBR 6118/03, vigas “são elementos lineares em que a flexão é preponderante”. As vigas são classificadas como barras e são normalmente retas e horizontais, destinadas a receber ações das lajes, de outras vigas, de paredes de alvenaria, e eventualmente de pilares, etc.
A função das vigas é basicamente vencer vãos e transmitir as ações nelas atuantes para os apoios, geralmente os pilares.
As ações nas vigas são geralmente perpendicularmente ao seu eixo longitudinal, podendo ser concentradas ou distribuídas. Podem ainda receber forças normais de compressão ou de tração, na direção do eixo longitudinal. As vigas, assim como as lajes e os pilares, também fazem parte da estrutura de contraventamento responsável por proporcionar a estabilidade global dos edifícios às ações verticais e horizontais. As armaduras das vigas são geralmente compostas por estribos, chamados “armadura transversal”, e por barras longitudinais, chamadas “armadura longitudinal”.
Principais tipos de vigas
Agora veremos os principais tipos de vigas usados na estrutura de concreto armado.
As vinculações das vigas em um projeto estrutural é de fundamental, pois tem influência direta nos esforços, nos deslocamentos e na estabilidade global da edificação.
As vigas podem ser divididas de acordo com suas vinculações em:
Nós rotulados
Quando usamos uma rótula na vinculação viga-pilar, estamos considerando que não haverá transferência de momentos fletores entre a viga e o pilar. Isto faz com que a ligação se flexibilize e garante que não haja continuidade de rotação entre os dois elementos.
Nós semirrígidos
Se considerarmos nós semirrígidos em uma ligação de elementos, uma parcela do momento negativo que ocorre nessa ligação é redistribuída para o momento positivo da viga.
Vinculações engastadas
Quando usamos o engastamento não teremos rotações entre a viga e o pilar no nó de apoio. Os elementos terão a mesma rotação naquele nó, havendo uma transferência de momentos da viga para o pilar. Porém, isso faz com que aumente os esforços da estrutura, deixando-a mais onerosa.
Quando usar a vinculação engastada?
É aconselhável utilizar nas Vigas com deslocamentos excessivos; quando a estrutura está sofrendo com um excesso de deslocamento; nas vigas em balanço e nas vigas que suportem pilares.
Exemplos de vigas em construções:
Vigas baldrames; Viga invertida e Viga em balanço.
Pilar
Pilares são “elementos lineares de eixo reto, usualmente dispostos na vertical, em que as forças normais de compressão são preponderantes” (NBR 6118/2003, item 14.4.1.2). São destinados a transmitir as ações às fundações, embora possam também transmitir para outros elementos de apoio. As ações são provenientes geralmente das vigas, bem como de lajes também.
Os pilares são os elementos estruturais de maior importância nas estruturas, tanto do ponto de vista da capacidade resistente dos edifícios quanto no aspecto de segurança. Além da transmissão das cargas verticais para os elementos de fundação, os pilares podem fazer parte do sistema de contraventamento responsável por garantir a estabilidade global dos edifícios às ações verticais e horizontais.
Fundações
A fundação é a parte de uma estrutura composta por elementos estruturais, geralmente construídos abaixo do nível final do terreno, e que são os responsáveis por transmitir ao solo todas as ações (cargas verticais, forças do vento, etc.) que atuam na edificação.
Existem diversos tipos de fundações que podem ser utilizadas pelo projetista. Podemos fazer uma divisão entre fundações superficiais ou rasas e fundações profundas. Para essa aula veremos um tipo de cada.
FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS
A fundação superficial, também chamada fundação rasa ou direta, é definida no item 3.1 da NBR 6122 como o “elemento de fundação em que a carga é transmitida ao terreno pelas tensões distribuídas sob a base da fundação, e a profundidade de assentamento em relação ao terreno adjacente à fundação é inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação.
SAPATAS
A sapata é definida pela NBR 6122 (item 3.2) como o “elemento de fundação superficial, de concreto armado, dimensionado de modo que as tensões de tração nele resultantes sejam resistidas pelo emprego de armadura especialmente disposta para esse fim.” • Já na NBR 6118 (item 22.6.1), sapata é definida como as “estruturas de volume usadas para transmitir ao terreno as cargas de fundação, no caso de fundação direta.”
SAPATA ISOLADA
Esse tipo de sapata é a mais comum nas edificações, ela transmite ao solo as ações de um único pilar. Se você já projetou alguma edificação, com certeza já dimensionou uma.
As formas que as sapatas isoladas podem ter são as retangulares, quadradas e a trapezoidais, sendo que as retangulares são as mais comuns. As sapatas isoladas são classificadas em rígidas ou flexíveis.
Sapata corrida
Segundo a NBR 6122 (3.6), sapata corrida é aquela “sujeita à ação de uma carga distribuída linearmente ou de pilares ao longo de um mesmo alinhamento.” As sapatas corridas são comuns em construções de pequeno porte, como casas e edificações de baixa altura, galpões, muros de divisa e de arrimo, em paredes de reservatórios e piscinas, etc. Constituem uma solução economicamente muito viável quando o solo apresenta a necessária capacidade de suporte em baixa profundidade.
Sapata associada
Conforme a NBR 6122 (3.5), sapata associada é aquela “comum a mais de um pilar”. Também é chamada sapata combinada ou conjunta. Geralmente ocorre quando, devido à proximidade entre os pilares, não é possível projetar uma sapata isolada para cada pilar. Neste caso, uma única sapata pode ser projetada como a fundação para os pilares. A sapata associada pode ser projetada com ou sem uma viga de rigidez.
Sapata com Viga Alavanca ou de Equilíbrio
Segundo a NBR 6122 (2019) viga alavanca ou de equilíbrio é o “elemento estrutural que recebe as cargas de um ou dois pilares (ou pontos de carga) e é dimensionado de modo a transmiti-las centradas às fundações. Da utilização de viga de equilíbrio resultam cargas nas fundações diferentes das cargas dos pilares nelas atuantes.”
FUNDAÇÕES PROFUNDAS
Fundações profundas transmitem as cargas ao terreno pela base (resistência de ponta), por sua superfície lateral (resistência do fuste) ou por uma combinação das duas parcelas. Está assente em profundidade superior ao dobro da menor dimensão em planta. Sua profundidade mínima igual a 3 metros.
ESTACAS
Estaca
De acordo com a NBR 6122 estaca é o elemento de fundação profunda executado inteiramente por equipamentos ou ferramentas, sem que, em qualquer fase de sua execução, haja descida de operário. Os materiais empregados podem ser: madeira, aço, concreto pré-moldado, concreto moldado in situ ou mistos.
Principais tipos de estacas:
Estacas tipo Strauss
Tipo de fundação profunda executada por perfuração através de balde sonda (piteira), com uso parcial ou total de revestimento recuperável e posterior concretagem. (NBR6122)
Estacas hélice contínua monitorada
Tipo de fundação profunda constituída por concreto, moldada in loco e executada por meio de trado contínuo e injeção de concreto pela própria haste do trado. (NBR6122).
Estacas tipo franki
Tipo de fundação profunda caracterizada por ter uma base alargada, obtida introduzindo-se no terreno uma certa quantidade de material granular ou concreto, por meio de golpes de um pilão. O fuste pode ser moldado no terreno com revestimento perdido ou não ou ser constituído por um elemento pré-moldado. (NBR6122).
Estacas escavadas
Tipo de fundação profunda executada por escavação mecânica, com uso ou não de lama bentonítica, de revestimento total ou parcial, e posterior concretagem (NBR6122).
Estacas raiz
A estaca raiz se caracteriza pela execução por perfuração rotativa ou rotopercussiva e por uso de revestimento integral no trecho em solo, que é completada por colocação de armadura em todo comprimento e em geral, dada por ar comprimido (NBR6122).
Estacas cravadas
Estaca cravada por percussão
Tipo de fundação profunda em que a própria estaca ou um molde é introduzido no terreno por golpes de martelo (por exemplo: de gravidade, de explosão, de vapor, de diesel, de ar comprimido, vibratório). Em certos casos, esta cravação pode ser precedida por escavação ou lançagem (NBR6122).
Estaca cravada por prensagem
Tipo de fundação profunda em que a própria estaca ou um molde é introduzido no terreno através de macaco hidráulico (NBR6122).
Estacas cravadas pré-moldadas
Segundo a NBR6122, as estacas pré-moldadas podem ser de concreto armado ou protendido, vibrado ou centrifugado, e concretadas em formas horizontais ou verticais. Devem ser executadas com concreto adequado, além de serem submetidas à cura necessária para que possuam resistência compatível com os esforços decorrentes do transporte, manuseio, instalação e a eventuais solos agressivos.
Estacas cravadas metálicas
Nas estacas metálicas podemos utilizar perfis (laminados ou soldados) e também tubos (de chapa calandrada e soldada ou sem costura).
REFERÊNCIAS:
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de concreto – Procedimento, NBR 6118. Rio de Janeiro, ABNT, 2003.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto e execução de fundações – Procedimento, NBR 6122. Rio de Janeiro, ABNT, 2019.
MACHADO, C.P. (1983). Escadas. (Notas de aula). São Paulo. FTDE.
Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP)
Materiais de Construção. L. A. Falcão Bauer (coord.) | 1979.
BASTOS. P.S. dos Santos. FUNDAMENTOS DO CONCRETO ARMADO. Notas de aula. 2006.
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Eng. Civil Rodolfo Marques