É de vital importância que os arquitetos compreendam de estruturas para tornarem seus desenhos possíveis e, mais importante, para que possam ter subsídios para debater com engenheiros calculistas, em busca das melhores soluções para a obra. Um pré-dimensionamento estrutural torna-se fundamental para o lançamento inicial dos componentes estruturais, observando-se as restrições e possibilidades dos espaços.
Uma das principais cargas a que as estruturas são submetidas é o seu próprio peso. e então, é imprescindível que ele seja conhecido para que se possam dimensionar as diversas partes do edifício que está sendo concebido. Ao iniciar um projeto estrutural, o engenheiro ainda não conhece as dimensões das diferentes peças que compõem a estrutura, portando não conhecendo o seu peso próprio,. Surge um paradoxo sem solução: Para saber o peso é necessário saber as dimensões, mas, para saber as dimensões, é preciso saber o peso.
Também o arquiteto, ao fazer o projeto arquitetônico, fica em situação desconfortável, pois não tem ideia do tamanho de cada uma das partes do edifício, isto porque o dimensionamento estrutural está longe de ser iniciado e o espaço ocupado por cada uma das partes da estrutura interfere diretamente na funcionalidade e na estética de sua arquitetura.
Com base na experiência de renomados profissionais, com o objetivo de resolver este impasse que perturba tanto os engenheiros quanto os arquitetos, foram desenvolvidos processos expeditos de pré-dimensionamento das estruturas que, se não apresentam resultados exatos, muito se aproximam deles. Evidentemente, é necessário que, posteriormente, sejam realizados os cálculos estruturais com todo o cuidado e a exatidão exigidos pelas normas técnicas, mas, pelo menos, com o pré-dimensionamento, se tem um ponto de partida para que o projeto seja efetivado.
O objetivo deste texto é apresentar um dos métodos de pré-dimensionamento de peças estruturais, lajes, vigas e pilares, de edifícios construídos com concreto armado. Existem diversos outros métodos, mas, provavelmente, este seja um dos mais comuns. Como ainda está se fazendo um cálculo preliminar, todos os vãos citados neste texto podem ser considerados como a distância, centro a centro, entre os apoios.
Pré-dimensionamento de lajes
Os vãos, comprimento l1 e a largura l2, das lajes são determinados pelas vigas que, normalmente, definem o seu perímetro. A única dimensão que não se conhece da laje é sua altura h. Para se ter uma primeira alternativa de altura de uma laje maciça, basta dividir o seu menor vão por 40, evitando alturas inferiores a 7 cm em lajes de piso comuns e 12 cm em lajes que suportem o tráfego de veículos. Em lajes pré-fabricadas e nervuradas, a altura inicial pode ser calculada dividindo-se o menor vão por 20.
Pré-dimensionamento de vigas
Nas vigas o que se conhece a priori é o seu vão l1 em vigas bi apoiadas, ou os seus vãos l1 , l2, ... ,ln, no caso de vigas contínuas. Se a viga estiver em balaço, conhece-se o comprimento do balanço lb. A espessura de viga – bw, que deve ser sempre igual ou maior que 12 cm – pode ser considerada como a espessura da parede que a viga suporta, retirando-se o revestimento. Assim como nas lajes, fica faltando a determinação da altura h das vigas, que não deve ser inferior a 20 cm.
Em vigas bi apoiadas e sem balanços em suas extremidades, a altura pode se calculada dividindo-se o vão l1 por 10, arredondando-se para o múltiplo de 5 superior.
Em vigas contínuas a altura será calculada dividindo-se o maior vão, l1 , l2, ou ,ln, por 12, também arredondando-se para o múltiplo de 5 superior. Esta altura h pode ser usada em toda a viga, mesmo nos menores vãos.
A altura da viga em balanço pode ser estimada dividindo-se o comprimento do balanço por cinco.
Pré-dimensionamento de pilares.
Dos pilares, conhece-se apenas a sua altura, sendo necessário se determinar qual a área de sua seção transversal (a x b). As normas técnicas brasileiras recomendam que as dimensões a e b sejam iguais ou maiores que 19 cm, porém, em casos especiais, admitem que uma das dimensões seja de, até, 14 cm, desde que a área da seção seja maior ou igual a 360 cm2. Recomenda-se que a maior dimensão da seção transversal não seja muito superior ao dobro da menor dimensão: b ≤ 2a.
O carregamento de um pilar se altera em cada pavimento e pode ser estimado pelo método das áreas de influência, que é determinada a partir da metade da distância entre os pilares vizinhos. Considera-se que cada m2 de área de influência de cada laje contribuirá com 1000 kgf de carga para o pilar, aí estando incluídos o peso próprio da laje, o peso das paredes e revestimentos e as cargas acidentais. Admite-se que a contribuição da primeira laje, que está em contato com o solo, e da última laje, a mais superior, seja de apenas 500 kgf/m2.
Como é óbvio, carga irá se acumulando nos pilares de cima para baixo, assim, quanto mais baixo for o pilar, maior deverá ser a área de sua seção transversal, que depende da carga que ele está suportando no seu topo e da tensão admissível do concreto utilizado, não sendo levada em conta uma possível e provável flambagem ou flexo-compressão. Unicamente para efeito de pré-dimensionamento, adota-se um concreto de baixa resistência no cálculo da área inicial do pilar, com tensão admissível de cálculo, já considerando o coeficiente de segurança, igual a 10 mpa, ou 100 kgf/cm2, o que nem é permitido por norma, mas está a favor da segurança por resultar em pilares mais robustos.
Cada coluna deverá ser calculada individualmente. Abaixo é apresentado um exemplo do pré-dimensionamento de um dos pilares de um edifício com um pavimento térreo e mais cinco pavimentos Tipo e uma cobertura. Supor que a área de influência do pilar fosse constante em todos os pavimentos e igual a 40 m2.
Repetindo, o que foi apresentado neste artigo é apenas um processo de pré-dimensionamento, para efeito de auxiliar a elaboração do projeto arquitetônico. Nunca deverá ser adotado como projeto estrutural final. Todos os cálculos para a construção do edifício deverão ser elaborados rigorosamente dentro das normas técnicas por arquitetos ou engenheiros calculistas.
Publicado originalmente em 1 de abril de 2018.
