Elementos estruturais da construção: quais são e como verificá-los

No âmbito da arquitetura e da engenharia civil, os elementos estruturais desempenham um papel de vital importância para a realização de edifícios estáveis, seguros e funcionais. Esses elementos constituem a ossatura portante do sistema edificatório e têm a tarefa de colaborar sinergicamente para suportar e distribuir a carga de maneira equilibrada, garantindo assim a estabilidade de todo o edifício.

Recentemente, o uso de tecnologias avançadas como o openBIM e o formato IFC (Industry Foundation Classes) revolucionou a forma como esses componentes são projetados, representados e geridos, melhorando a colaboração entre os diferentes profissionais e aumentando a eficiência dos projetos edificatórios. Um exemplo significativo dessa evolução é representado pelo esquema IfcStructuralElementsDomain, que permite uma representação detalhada e padronizada dos elementos estruturais, apoiando uma gestão mais precisa e uma comunicação sem barreiras entre os vários atores do processo edificatório.

Se você deseja aprofundar ainda mais a compreensão dos elementos estruturais, leia o artigo e descubra os detalhes que contribuirão para lhe fornecer uma visão completa sobre o projeto e a verificação de tais componentes. Além disso, para enfrentar com sucesso os desafios relacionados à estabilidade e à segurança nas construções, pode ser útil começar a usar gratuitamente por 30 dias um software para o cálculo estrutural. Graças às suas funcionalidades avançadas de cálculo e simulação, você pode analisar e verificar os elementos estruturais dos seus edifícios de forma precisa e oportuna para melhorar a eficiência e a segurança do seu trabalho.

O que são os elementos estruturais?

Os elementos estruturais são os componentes fundamentais de um edifício ou de uma infraestrutura e, em conjunto, formam a ossatura portante à qual é atribuída a responsabilidade de sustentar e transferir as cargas, resistir às forças internas e externas e fornecer estabilidade, segurança e suporte à estrutura como um todo.

Exemplos comuns de elementos estruturais incluem os pilares, as vigas, as paredes portantes, etc. Esses elementos assumem formas diferentes, cada uma projetada para desempenhar um papel específico na garantia da coesão e robustez de todo o sistema estrutural. Podem ser, além disso, realizados em diferentes materiais, como concreto armado, aço, madeira ou materiais compósitos fibrorinforçados. A escolha do material e a configuração a serem atribuídas a cada elemento dependerão das necessidades específicas do projeto, bem como do tipo de estrutura que se pretende realizar e de considerações precisas sobre a segurança e a estabilidade da obra.

Além da sua função portante, é essencial reconhecer que os elementos estruturais podem assumir um papel de destaque também do ponto de vista estético. Este aspecto torna-se particularmente crucial em contextos arquitetônicos onde tais elementos não apenas devem suportar as cargas físicas, mas também devem contribuir de forma significativa para a estética geral do edifício. Nessas situações, o projeto dos elementos estruturais requer uma integração equilibrada entre a engenharia estrutural e o desenho arquitetônico, de modo a garantir que a forma e a disposição de pilares, vigas e outros elementos reflitam não apenas a robustez estrutural, mas também uma visão estética coerente com o design global do edifício.

Elementos estruturais de um edifício | EdiLus

12 elementos estruturais fundamentais de uma construção

Cada edifício, seja uma casa residencial, um complexo comercial ou uma grande infraestrutura industrial, é constituído por diversos elementos estruturais da construção fundamentais que trabalham juntos para garantir a estabilidade, a segurança e a funcionalidade geral. Compreender o papel de cada componente é essencial para projetar e realizar edifícios que sejam seguros, resistentes e duradouros. Abaixo estão descritos os 12 componentes principais:

1. Fundação: é a base sobre a qual repousa todo o edifício e tem a tarefa de transferir as cargas da estrutura para o solo. É um dos elementos mais importantes para a estabilidade geral, pois um projeto inadequado da fundação pode comprometer toda a construção. Existem diferentes tipos de fundações, como as superficiais (para edifícios mais leves) e as profundas (para terrenos instáveis ou edifícios muito pesados), e a escolha depende do tipo de solo e da carga estrutural prevista.
2. Pilares: são elementos verticais que suportam a carga proveniente dos andares superiores e a transferem para as fundações. Podem ser feitos de vários materiais como concreto armado, aço, madeira ou pedra, e são projetados para resistir principalmente a forças de compressão. Seu tamanho e distribuição são fundamentais para garantir uma distribuição uniforme das cargas verticais e para manter o equilíbrio estrutural.
3. Vigas: são elementos horizontais fundamentais para transferir as cargas das superfícies superiores (como pisos ou telhados) para os pilares. Podem ser feitas de vários materiais e assumir diferentes formas (por exemplo, vigas treliçadas, vigas de apoio ou vigas em balanço), dependendo das necessidades do projeto. Sua função principal é distribuir a carga de maneira uniforme em direção aos pilares, evitando deformações excessivas.
4. Paredes: são um dos elementos mais visíveis e funcionais de um edifício. Além de dividir os espaços internos, as paredes portantes desempenham um papel crucial em suportar cargas verticais e fornecer estabilidade lateral. As paredes portantes podem ser feitas de alvenaria, concreto armado ou materiais compostos, e são projetadas para resistir às forças de compressão e sísmicas. Em alguns casos, as paredes não portantes são usadas para fins divisórios ou estéticos, mas também devem garantir a segurança e a funcionalidade.
5. Lajes: são as estruturas horizontais que separam os vários andares de um edifício. São projetadas para distribuir as cargas verticais e fornecer suporte aos espaços superiores. As lajes podem ser feitas de concreto, aço ou madeira, e seu projeto deve levar em conta as solicitações a que estão submetidas, como o peso das pessoas, dos móveis e dos equipamentos. Além disso, devem garantir isolamento acústico e térmico.
6. Telhado: é a parte superior de um edifício que o protege das intempéries, como chuva, neve, vento e sol. Ele deve ser projetado para suportar cargas pesadas (como neve ou vento) e garantir uma boa impermeabilidade e ventilação. Os telhados podem ser inclinados, planos ou em cúpula, e são feitos com diferentes materiais, como telhas, chapas, concreto ou materiais impermeabilizantes. Além disso, é importante que o telhado esteja corretamente integrado com a estrutura subjacente para evitar infiltrações de água.
7. Escadas: são elementos verticais que permitem a conexão entre os diferentes andares de um edifício. São projetadas para garantir a segurança durante o uso, com corrimãos e degraus antiderrapantes. As escadas podem ser feitas de vários materiais, como concreto, aço ou madeira, e seu projeto deve respeitar as normas de segurança, como a largura dos degraus, a inclinação e a resistência à carga. Podem ser internas ou externas ao edifício, dependendo das necessidades.
8. Janelas: são aberturas nas paredes destinadas a garantir a iluminação natural, a ventilação e a conexão visual com o exterior. Além de desempenhar uma função estética, as janelas devem ser projetadas para resistir aos agentes atmosféricos, oferecendo ao mesmo tempo um bom desempenho térmico e acústico. Podem ser feitas de madeira, PVC ou alumínio, com vidros simples ou duplos, dependendo das necessidades de isolamento.
9. Portas: são aberturas que permitem o acesso e a saída de um edifício ou de uma sala. Elas devem garantir a segurança, impedindo acessos não autorizados, mas também permitir uma fácil circulação. As portas podem ser feitas de diferentes materiais, como madeira, vidro, metal ou PVC, e seu projeto deve atender a necessidades funcionais específicas, como proteção contra incêndios, resistência a arrombamentos e controle acústico.
10. Andares: representam os vários níveis horizontais de um edifício. Cada andar é constituído por uma superfície sólida (laje) que serve de suporte para os ambientes e os móveis. Os andares devem ser projetados para suportar cargas específicas, garantindo uma distribuição uniforme das forças e impedindo deformações estruturais. O projeto dos andares deve levar em conta também os espaços internos, as necessidades de acesso e movimentação, e a distribuição das cargas.
11. Estrutura portante: é o conjunto de todos os elementos principais (pilares, vigas, lajes, etc.) que constituem o esqueleto do edifício. Ela é projetada para garantir que o edifício possa suportar as cargas a que está submetido (cargas permanentes, variáveis, sísmicas, etc.) sem sofrer danos estruturais. Um projeto correto da estrutura portante é fundamental para a segurança e a estabilidade do edifício ao longo do tempo.
12. Acabamentos: são os elementos estéticos finais que conferem ao edifício sua aparência exterior e interior. Os acabamentos incluem pavimentações, pinturas, revestimentos de parede, tetos e outros detalhes que não apenas contribuem para a estética, mas também protegem os materiais subjacentes do desgaste e dos agentes atmosféricos. Embora não tenham uma função portante, os acabamentos são cruciais para o conforto e a durabilidade do edifício ao longo do tempo.

Elementos estruturais primários e secundários

Os elementos estruturais da construção de um edifício se dividem em primários e secundários, dependendo de seu papel e importância na estrutura portante.

Os elementos estruturais primários são aqueles que desempenham o papel principal em garantir a resistência e a estabilidade do edifício. Esses elementos são projetados para suportar as cargas verticais e horizontais, transferindo-as para as fundações ou outros componentes estruturais. Os pilares, por exemplo, são responsáveis por suportar o peso do edifício e transferi-lo para as fundações.

Os elementos secundários são constituídos por aqueles elementos cuja rigidez e resistência podem ser negligenciadas na análise da resposta sísmica da estrutura e que são, portanto, projetados para resistir apenas às cargas verticais. Trata-se de elementos que podem ser considerados de menor importância em relação aos elementos principais. No entanto, é importante notar que, apesar de sua definição de “elementos secundários”, esses elementos devem ainda ser capazes de absorver as deformações da estrutura em caso de ação sísmica. Isso significa que, embora não contribuam significativamente para a resistência e rigidez estrutural sob a ação das cargas, os elementos estruturais secundários devem ser capazes de manter sua capacidade portante em relação às cargas verticais, especialmente na presença de ações sísmicas.

Como projetar e verificar os elementos estruturais

A projeção e a verificação dos elementos estruturais da construção é um procedimento complexo que requer um conhecimento aprofundado da engenharia estrutural e das normas técnicas do setor. Abaixo estão fornecidos alguns passos gerais que você pode seguir durante esse processo para garantir a segurança, a estabilidade e a funcionalidade de suas estruturas:

1. Análise das ações: a primeira fase consiste em analisar e determinar as ações que agirão sobre os elementos estruturais. Essas ações incluem a carga permanente (como o peso próprio do elemento) e a carga variável (como a carga dos ocupantes, a ação do vento, etc.). É necessário considerar também eventuais ações sísmicas, se aplicáveis.
2. Escolha dos materiais: com base nas características da estrutura, como o tipo de carga e as condições ambientais, é necessário selecionar os materiais mais apropriados para os elementos estruturais. Por exemplo, para as vigas e os pilares podem ser utilizados aço ou concreto armado.
3. Projeto preliminar: com base nos princípios da engenharia estrutural e nas normas de referência, é realizada uma projeção inicial dos elementos estruturais. Esta fase envolve a determinação das dimensões, das seções transversais e das geometrias dos elementos.
4. Análise estrutural: utilizando métodos de análise estrutural, como o cálculo por elementos finitos ou a análise de estados limites, são avaliadas as performances dos elementos estruturais sob as ações previstas. O objetivo é verificar se os elementos são capazes de suportar as cargas e garantir a estabilidade estrutural.
5. Verificação da resistência: procede-se à verificação da resistência dos elementos estruturais para assegurar que as tensões e os esforços internos sejam inferiores às capacidades de resistência dos materiais utilizados. Esta verificação deve ser realizada com base nas normas e nas regras de projeto previstas na área geográfica onde a estrutura está sendo realizada.
6. Verificação da estabilidade: além da resistência, é necessário verificar a estabilidade global da estrutura e dos elementos estruturais individuais. Esta verificação leva em conta fenômenos críticos como o tombamento, o deslizamento e o colapso lateral. Serve para assegurar que a estrutura esteja adequadamente fixada e que sejam tomadas as medidas necessárias para combater tais fenômenos.
7. Verificação das deformações: uma verificação adicional consiste em controlar as deformações dos elementos estruturais. Isso envolve a análise das deformações elásticas e das deformações plásticas, para garantir que estejam dentro dos limites aceitáveis e que não comprometam a funcionalidade do edifício;
8. Verificação das conexões: durante o projeto, é necessário verificar também as conexões estruturais entre os diferentes elementos (como os nós entre as vigas e os pilares, ou as ligações entre as paredes portantes) a fim de garantir uma correta transmissão das forças e uma boa capacidade de resistência.

Para otimizar o processo de projeto e verificação dos elementos estruturais da construção, é indispensável contar com a ajuda de um software para cálculo estrutural, uma ferramenta baseada em BIM que fornece representações gráficas claras e imediatas dos resultados de cálculo diretamente no modelo BIM do seu edifício. Aproveitando as poderosas capacidades de simulação desta ferramenta, você poderá realizar análises estruturais precisas, verificar a resistência e a estabilidade dos seus elementos estruturais e obter resultados confiáveis em tempos muito rápidos. Experimente gratuitamente por trinta dias e descubra todas as funcionalidades que permitirão simplificar seu trabalho, economizar tempo precioso, reduzir a margem de erro e garantir a máxima segurança e confiabilidade dos seus projetos estruturais.

IfcStructuralElementsDomain e a nova fronteira do projeto estrutural

No setor da construção, cada vez mais digitalizado, conceitos como openBIM e IFC tornaram-se fundamentais. O openBIM é uma abordagem colaborativa que utiliza padrões abertos que permitem a todos os participantes compartilhar informações sem limitações impostas por softwares proprietários e um dos padrões mais relevantes no openBIM é o formato IFC, que fornece uma linguagem comum para a representação digital dos elementos da construção, facilitando a comunicação entre arquitetos, engenheiros e construtores. O domínio IfcStructuralElementsDomain é uma parte fundamental do padrão IFC, pois permite representar uma ampla gama de elementos estruturais e subpartes dos edifícios, como fundações, reforços e características especiais.

Mas o que significa exatamente representar um elemento estrutural no contexto de um projeto BIM? Imagine ter que descrever em detalhes cada componente de uma estrutura complexa, como uma coluna ou uma fundação. O esquema IfcStructuralElementsDomain é projetado para fazer exatamente isso: fornecer uma descrição precisa, padronizada e compreensível para cada componente estrutural, ajudando os diferentes atores do projeto a entender sua função e papel.

IfcStructuralElementsDomain: elementos estruturais representados, quantidades e propriedades

O esquema IfcStructuralElementsDomain inclui vários tipos de elementos estruturais. Entre os principais, encontramos:

• fundações: elementos como estacas (IfcPile) e sapatas (IfcFooting) que são utilizados para distribuir o peso do edifício para o solo. O esquema inclui também tipos específicos como IfcCaissonFoundation, adequado para terrenos instáveis;
• reforços: elementos como barras de armadura (IfcReinforcingBar) e malhas de reforço (IfcReinforcingMesh) que são essenciais para aumentar a resistência do concreto armado;
• características especiais: componentes como tendões (IfcTendon) e elementos de vazios (IfcVoidingFeature), importantes para estruturas em concreto pré-moldado.

Esses detalhes não apenas descrevem os componentes físicos, mas também permitem a análise e o coordenamento das interações entre as partes, garantindo a segurança e a estabilidade da construção.

Tipos de elementos estruturais representados por IfcStructuralElementsDomain

O esquema IfcStructuralElementsDomain oferece também a possibilidade de associar propriedades e quantidades aos elementos estruturais da construção para melhorar a gestão do projeto. Um exemplo de conjuntos de propriedades é representado pelo Pset_FootingCommon que fornece informações sobre a fundação, como o material e o tipo de armadura ou pelo Pset_ReinforcementBarPitchOfBeam que define o passo das barras de reforço em uma viga. Enquanto os conjuntos de quantidades como Qto_FootingBaseQuantities permitem calcular volumes, áreas e outras métricas, otimizando a gestão dos custos e o planejamento das operações em canteiro.

IfcStructuralElementsDomain: conjuntos de propriedades dos elementos em concreto

Vantagens da utilização de IfcStructuralElementsDomain

A adoção do esquema IfcStructuralElementsDomain traz numerosos benefícios práticos para arquitetos, engenheiros e proprietários de edifícios, como por exemplo:

1. Melhor coordenação: a representação padronizada dos elementos estruturais permite que todos os profissionais acessem as mesmas informações, reduzindo erros e aumentando a eficiência.
2. Otimização de custos: com informações detalhadas sobre materiais e quantidades, é possível otimizar a compra dos materiais, reduzir desperdícios e manter o controle sobre os custos de construção. Além disso, a gestão precisa dos recursos também melhora o planejamento das operações no canteiro de obras.
3. Confiabilidade e segurança: o uso de um esquema padronizado permite que os engenheiros realizem análises precisas sobre a resistência e a estabilidade das estruturas, contribuindo para garantir a segurança do edifício e minimizar os riscos.