Projeto Estrutural: A Base Para Empreendimentos de Sucesso

Engenheiro estrutural é o profissional responsável pelo projeto estrutural em uma eterna busca por soluções mais econômicas, mais seguras e mais duradouras.

A propósito, estruturas capazes de resistir a ação de ventos, terremotos, ou seja, quaisquer que sejam as cargas atuantes durante sua vida útil.

Além disso, atender todos os objetivos propostos pelo cliente.

Assim sejam obras do setor público ou privado, como pontes, prédios ou reservatórios de armazenamento de água, e muito mais.

E entenda isso: O projeto estrutural exige criatividade, bom senso e experiência, bem longe de apenas usar fórmulas matemáticas e programas em computador.

Descubra agora os caminhos que levam a elaboração de um projeto estrutural de forma simples e objetiva.

Apresenta-se também um estudo de caso, com uma estrutura aleatória de concreto armado, para você ter uma visão mais elaborada de um projeto estrutural.

Continue lendo para aprender mais sobre.

O Que Vem Antes do Projeto Estrutural?

Então, o primeiro ato começa: alguém decide pela construção de um empreendimento.

Por exemplo, o governo planeja a implementação de uma ponte, ou um empreendedor deseja criar um edifício comercial, ou residencial, ou até mesmo uma casa simples, ou luxuosa.

O segundo ato é a preparação completa do local da obra, desde o processo de limpeza e medições no terreno.

Além disso, uma empresa de geotecnia vai ao local de construção, e conduz as investigações no solo, para produzir um relatório chamado de sondagem do terreno.

O objetivo é fornecer ao engenheiro estrutural uma avaliação completa do tipo do solo, para decidir o tipo de fundação.

O terceiro ato é a contratação de um arquiteto pelo proprietário, para criar um conjunto de desenhos com todos os detalhes representativos do projeto a construir.

Enquanto isso, o proprietário registra os documentos necessários perante os órgãos competentes para legalizar o empreendimento.

Enfim, documentação aprovada, projeto de arquitetura, relatório de sondagem, mas não seja necessário nessa ordem.

Portanto, agora chega o momento do engenheiro de estruturas intervir.

Quais as Etapas do Projeto Estrutural?

Para começar, uma estrutura é um sistema criado para transferir cargas de um lugar para outro.

No caso de pontes, isso significa transferir a carga dos automóveis, vento e água com segurança até as fundações e, portanto, para o solo.

O projeto estrutural é o processo de criação de uma estrutura segura, econômica, de fácil execução, e sem causar anomalias no futuro.

Existem cinco etapas essenciais a seguir para o projeto de qualquer estrutura:

• Concepção Estrutural;
• Análise Estrutural;
• Dimensionamento;
• Detalhamento;
• Desenhos em Plantas;

Concepção Estrutural;

A Concepção Estrutural é um lançamento inicial dos elementos de sustentação de uma estrutura qualquer, como edifícios ou casas, a partir do projeto de arquitetura.

É bem comum o engenheiro estrutural receber já na arquitetura, uma sugestão com respeito aos materiais a utilizar na construção.

No entanto, em caso de optar por estruturas de concreto, é feito um estudo para verificar o que é mais viável, o armado ou protendido.

Além disso, estruturas em aço e de madeira são também alternativas, além da mista, que faz uma associação entre os elementos de aço e de concreto armado.

Durante esta fase, os engenheiros estruturais trabalham em estreita relação com o cliente e o arquiteto, para alinhar o projeto com os requisitos propostos.

Logo, a principal meta é identificar a melhor solução para atender três critérios principais de projeto, como:

• Economia: A escolha de materiais e técnicas construtivas para obedecer aos critérios de economia.
• Eficiência: Diminuir o desperdício de materiais e recursos, e aumentar a capacidade de carga da estrutura.
• Segurança: Uma estrutura capaz de resistir às cargas em apresentar problemas como, fissuras, danos e colapso durante sua vida.

Então, um engenheiro com mais experiência e conhecimento técnico, propicia a realização de projetos bem-sucedidos e duradouros.

Assim, o planejamento da estrutura envolve a criação de um projeto preliminar com a estimativa inicial de todos os elementos estruturais, tais como sua posição, dimensão e orientação de lajes, vigas, pilares, escadas e fundações.

Carregamento nas Estruturas;

Dito isso, iniciam-se os estudos para verificar o comportamento estrutural sob diferentes cenários de carregamentos.

Exemplos de cargas em estruturas são:

• Cargas permanentes: peso próprio de cada elemento estrutural;
• Cargas móveis: ocupação de pessoas em edifícios, movimentação de equipamentos e movimentação de automóveis em pontes;
• Cargas de vento: forças horizontais que o vento exerce sobre uma estrutura;
• Cargas sísmicas: quando a estrutura está em regiões sujeitas a terremotos;
• Empuxo de terra: estruturas em contato com o solo, como muros de arrimo e cortinas de contenção;
• Água: reservatórios, pontes, plataformas offshore e estruturas costeiras;
• Cargas térmicas: aquecimento ou resfriamento desigual de partes da estrutura;
• Cargas dinâmicas: por exemplo, induzidas por máquinas;

Os valores de cargas para edificações são calculados com base na norma ABNT-NBR-6120–2019 (ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas; NBR: Norma Brasileira).

Portanto, com essa etapa de concepção estrutural pronta, inicia-se a fase seguinte.

Análise Estrutural;

Definida toda a geometria, condições de apoios, carregamentos da estrutura, uma primeira análise estrutural é efetuada.

A propósito, existem métodos numéricos e analíticos para soluções de diversos tipos de estruturas, tais como:

• Analíticos: através de resoluções de equações clássicas da literatura relacionadas a engenharia estrutural. Aplicam-se para estruturas com geometrias e carregamentos bem simples.
• Numéricos: o método dos elementos finitos é o destaque, porém ainda existem as diferenças finitas e elementos de contorno.

Aliás, o uso de softwares tem revolucionado a forma como se calculam esforços em estruturas, com resultados bem mais rápidos.

A propósito, a análise computacional é, de fato, uma ferramenta indispensável para os engenheiros estruturais.

No entanto, é fundamental avaliar com cuidado e precisão os resultados do programa, e assumir com segurança todas as decisões.

O engenheiro precisa de clareza nos resultados do software, e guiá-lo para: efetuar mudanças no projeto, caso necessário; reavaliar a estrutura em questão; averiguar a ordem de grandeza dos resultados.

Cálculo Estrutural em Software;

É verdade que um software simplifica os procedimentos de análise estrutural e o tempo de execução de um projeto.

Logo, essas melhorias resultam também em reduções de custos e maior produtividade.

Além disso, ele ajuda o engenheiro a resolver estruturas bem mais complicadas.

Portanto, use-o com moderação, e sempre esteja pronto para fazer as suas intervenções sempre que necessário.

Enquanto isso, já de posse da estrutura com geometria e cargas, calculam-se os esforços e deslocamentos durante a análise estrutural.

Em resumo, esforços esses habituais na forma de forças normais, momentos fletores, torções e forças cortantes.

A realidade é que, a análise estrutural permite ao engenheiro identificar potenciais problemas no projeto, e impedi-los de aparecer no futuro.

Agora preste atenção, esta é a hora para fazer alterações necessárias no projeto, e garantir uma estrutura segura para os seus ocupantes.

Além disso, otimizar o projeto estrutural com a redução de materiais.

Pontos de Atenção na Análise Estrutural;

Os softwares já vêm de fábrica com uma configuração própria.

No entanto, é essencial verificar se ela está adequada para seu projeto em específico.

Certifique-se de ajustar quaisquer valores que não se aplicam ao seu modelo estrutural.

Fique bem atento a elementos estruturais sem cargas, ou carregamentos que parecem fora do normal ou orientados na direção errada.

E as deformações estão de acordo com suas expectativas?

Verifique os diagramas de momento fletor, esforço cortante e os deslocamentos. Eles estão na forma adequada?

Os valores estão dentro de uma ordem de grandeza conforme as cargas aplicadas?

Faça suas avaliações e compare os resultados com sistemas estruturais mais simples como :

1. Viga bi-apoiada com carregamento distribuído no vão; (Ver Figura Abaixo)
2. Viga com um apoio simples e um engaste sob carregamento distribuído no vão; (Ver Figura Abaixo)
3. Viga bi-engastada sob carregamento distribuído no vão; (Ver Figura Abaixo)

Um momento para verificar as fundações. Elas estão engastadas ou com apoio simples?

Agora, se você adotar os coeficientes de molas calculados de acordo com os dados disponíveis no relatório de sondagem? Faça uma avaliação completa.

As recomendações aqui nunca substituirão as decisões de um engenheiro profissional.

Se alguém o fizer será pelo seu próprio risco.

Chegamos à etapa seguinte, portanto, continue na leitura para aprender mais.

Dimensionamento dos Elementos Estruturais;

O dimensionamento envolve verificar, manter ou redimensionar os elementos estruturais com base nos resultados da análise estrutural.

As dimensões iniciais estimadas são verificadas para os critérios de dimensionamento da Norma Brasileira com base no Estado limite último (ELU) e Estado limite de Serviço (ELS).

O que é ELU e ELS?

Bem, de fato são regras ou diretrizes usadas em engenharia estrutural, e formam a base para o dimensionamento das estruturas.

Além do mais, eles sustentam os modelos matemáticos e computacionais para avaliar que as estruturas estejam seguras e funcionais.

Sendo assim, os cálculos consideram fatores como resistência do material, tipos de carga (peso próprio, vento, cargas acidentais), entre outras variáveis.

Por um lado, o Estado Limite Último concentra-se nas condições máximas de carregamento de uma estrutura no ponto de ruptura.

Do outro lado, o Estado Limite de Serviço lida com as condições ideais para uso da estrutura, como conforto ao usuário e seja durável.

Quando ELU e ELS não são levados em conta nos projetos de forma adequada, é possível ocorrer uma série de problemas estruturais, tais como, deformação e vibração em excesso e até a ruína completa.

Lembre-se disso, no ELU a estrutura chegou no ponto de risco a segurança, enquanto que no ELS revela um grande incômodo ou aviso, mas sem a estrutura está ainda em via de colapsar.

Que Normas Estabelecem as Regras para o Projeto Estrutural?

No Brasil, o dimensionamento estrutural no estado limite último e de serviço é regido pelas normas da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), para materiais como:

• Concreto Armado ou Concreto Protendido: NBR 6118:2023:
• Aço e Mistas: NBR 8800:2008;
• Madeira: NBR 7190:2022;

Agora, imagine que a conclusão do engenheiro sobre a estrutura está firme e segura, portanto, cumpre com as exigências da Norma nos Estados Limite Último e de Serviço.

Então, sinal verde ligado.

Caso contrário, avaliam-se as modificações nos pontos em sinal vermelho, e prossegue até chegar num projeto pronto para seguir para o detalhamento final.

Portanto, a decisão final do dimensionamento estrutural implica nas dimensões e quantidades de materiais definitivos do projeto.

Salvo se, alguém proponha mudanças antes ou durante a execução da obra.

Detalhamento da Estrutura;

O detalhamento de estruturas seja somente de aço, concreto armado ou protendido, ou qualquer que seja o material, é uma tarefa bastante árdua e cuidadosa.

Veja agora um estudo de caso para entender melhor essa etapa do projeto estrutural.

Para simplificar, considere uma estrutura hipotética de concreto armado com um pavimento e caixa dágua, conforme esquema e figura abaixo .

Teto da Caixa D’Água Cota 5.80 m

Fundo da Caixa D’Água Cota 4.00 m

Teto do Térreo Cota 3.00 m

Piso do Térreo Cota 0.00 m Nível do Terreno

Fundações Cota –2.00 m Nível de Assentamento

Agora, imagine você viver na época em que todos os desenhos e os detalhes das armaduras eram feitos à mão.

Portanto, o uso de um software para esse fim é essencial, pois o detalhamento é gerado de forma automática.

Mesmo assim, o engenheiro precisa passar por todos os elementos estruturais, um por um, verificar, avaliar e efetuar mudanças, caso sejam necessárias.

A economia de tempo e de serviço manual é absurda com os programas de computadores.

Agora, se ainda existem profissionais que executam todo o projeto estrutural de forma manual, então, o desenhista está repleto de trabalho.

Dito isso, nessa etapa posiciona-se todas as armaduras presentes nos elementos estruturais.

Você pensa que tudo acabou? Continue a leitura para verificar os desenhos em plantas necessários.

Desenhos do Projeto Estrutural em Planta;

Bem, nessa etapa é juntar tudo e organizar todos os desenhos em plantas para entrega final para o cliente.

E isso não é tudo, uma planta tem um formato retangular com dimensões variadas, sendo os mais comuns:

• A0: 841 mm x 1189 mm;
• A1: 594 mm x 841 mm;
• A2: 420 mm x 594 mm;

Então, escolhe-se o formato adequado e inicia-se a montagem das plantas.

Sendo assim, as formas mostram um desenho gráfico com todas as informações a respeito da geometria e localização dos elementos estruturais.

Além disso, as armaduras contêm um desenho com detalhes de suas posições, espaçamentos e comprimentos.

No caso do estudo de caso referido neste artigo serão:

• Locação dos Pilares;
• Forma do Piso Térreo;
• Forma do Teto do Térreo;
• Forma do Fundo da Caixa D’água;
• Forma da Tampa da Caixa d’água;
• Forma e Armadura da Escada;
• Armadura de Lajes do Térreo (Piso);
• Armadura de Lajes do Térreo (Teto);
• Armadura das Fundações;
• Armadura dos Pilares;
• Armadura de Vigas do Térreo (Piso);
• Armadura de Vigas do Térreo (Teto);
• Armadura das Paredes da Caixa D’água;

Com isso você tem um norte das plantas que precisam ser montadas e entregues.

Agora você tem um projeto executivo pronto.

Portanto, se disponibilizam as plantas do projeto estrutural para enviar ao cliente em dois formatos:

• Imprimir em um plotter ou impressora;
• Gerar arquivos em DXF, DXF, DWG ou PDF, quaisquer que seja a preferência do cliente;

Conclusão

Neste artigo você aprendeu sobre todas as etapas essenciais para a elaboração de um projeto estrutural.

Além disso, você também conferiu a importância do uso de softwares para agilizar o trabalho do engenheiro.

No entanto, trabalho manual é sempre bem-vindo para ajustes e avaliações dos resultados dos programas computacionais.

Lembre-se que o Engenheiro está sempre no comando de decisão e não uma máquina.

Dito isso, escreva nos comentários se você já trabalha com projetos estruturais.