Universidade Federal de Minas Gerais Escola de Arquitetura

SISTEMAS ESTRUTURAIS APLICADOS A ARQUITETURA Estruturas Verticais

Ricardo Destro Jnior Vanessa Campos de Oliveira Soares

Belo Horizonte, Maro 2015

1.0- Definio

Os sistemas verticais so caracterizados por elementos slidos rgidos que se

distribuem, em sua maioria, no sentido vertical, estabilizados contra esforos laterais e

firmemente ancorados ao solo. O sistema pode ento absorver cargas de planos

horizontais a uma grande altura do solo e transmiti-las as fundaes. So os principais

sistemas para a construo de grandes edifcios. Devido a sua extenso em altura, o

sistema fica suscetvel a foras horizontais, de modo que a estabilizao lateral se

torna essencial para o sistema.

Cargas atuantes em sistemas verticais: peso prprio, carga permanente e vento. A

compresso causada pelo vento aumenta de acordo com a sua rea de contato, de

forma que, quanto mais alto for o edifcio, maior ser a compresso. A estabilizao

lateral um componente essencial no projeto de estruturas verticais

Imagem 1.1 Carregamentos comuns nos sistemas estruturais verticais e seu fluxo.

Imagem 1.2- Foras de compresso, momentos fletores e foras cortantes

A partir de certa altura acima do solo, a reorientao das foras horizontais pode

tornar-se um fator determinante na forma da edificao. Os sistemas estruturais

verticais requerem tambm a continuidade dos elementos que transportam a carga

base, e, portanto, necessitam da congruncia dos pontos de agrupamento de carga

para cada planta. A distribuio dos pontos coletores de carga, por conseguinte, deve

ser determinada no apenas por consideraes de utilizao do pavimento, mas

tambm pela eficincia estrutural.

2.0- Principais sistemas de transmisso de carga

2.1- Sistemas modulares/ reticulares

As cargas de cada pavimento so reunidas por unidade de rea (retculo) e so

distribudos `base individualmente (ENGEL, Henio)

As retculas funcionam como padres, que podem ser regulares ou irregulares.

Configuram um sistema de linhas e pontos que ditam a posio dos principais

elementos estruturais, como pilares e paredes portantes.

Imagem 2.1- Sistema modular e sistema modular em quadrado

Imagem 2.2- Sistema reticular regular

Imagem 2.3- Sistema reticular irregular

2.1.2- Exemplos de aplicao do sistema em projetos

A) Oficina de projetos Goinia GO

O edifcio formado de trreo em pilotis e mais dois pavimentos com salas cuja modulao da estrutura permitiu que tivessem reas iguais (4 x 8 m) com disposies diferentes, traduzindo-se num projeto simtrico sustentado por prticos rgidos com vo livres de 12 m e balanos de 4 m. A estrutura totalmente exposta.

A estrutura em ao permitia vos mais generosos com peas estruturais menores, visto que o programa solicitava em pilotis vagas de garagem para todas as vinte salas. Todo o edifcio ficou apoiado em apenas oito pilares e foi utilizado uma modulao de 8x8 m, e balanos de 4 m, para atender na poca o transporte das peas em tamanhos de 12 m.

O edifcio em quadro rgido tem uma eficincia estrutural limitada e normalmente alcanam um nmero mximo de 20 pavimentos. Entretanto, quando os ns so rotulados necessrio idealizar um sistema de estabilizao lateral. (SILVA, Mauro. 2010)

Images 2.4 e 2.5: Edifcio construdos. Imagem 2.6: Desenho em perspectiva do projeto.

B) One Park Place City Kansas Missouri

Trata-se de um edifcio com 19 andares e 85 metros de altura. Foi feito em estrutura em ao com ns rgidos, formando um sistema modular, no havendo a necessidade de criar um sistema extra de estabilizao lateral.

A estrutura totalmente exposta definindo a fachada do edifcio, e est localizada a aproximadamente 1,8 m alm da parede externa dos escritrios. Desse modo, alm de dar suporte edificao, a estrutura tambm usada como elemento de sombreamento dos escritrios.

Imagem 2.7 Edifcio One Park Place City

2.2 Sistemas em Balano

As cargas so transferidas de cada pavimento para a barra central, e so

centralmente enviadas base. (ENGEL, Henio)

Desse modo, pode-se concluir que os pontos de absoro esto localizados no centro

da estrutura.

Imagem 2.8 - Sistema em balano ou ncleo

2.2.1- Exemplo de aplicao do sistema em projetos

A)Westcoast Transmission Company Tower - Vancouver

O edifcio possui 13 pavimentos acima do trreo e 82 metros de altura. A estrutura suspensa est a 9 metros do solo e foi concebida dessa maneira para que no houvesse obstruo da viso da baia de Vancouver.

A planta do edifcio quadrada de 33 metros de largura e seu ncleo central, de concreto armado moldado in loco, tem 11 metros de largura. Foram utilizados pares de cabos de ao de alta resistncia, sendo possvel, ento, utilizar cabos com dimenses menores e constantes ao longo de toda a altura da edificao. Estes cabos foram cobertos por uma camada de material a prova de fogo e posicionados dentro da pele externa do edifcio.

Possui grande resistncia a terremotos.

Imagens 2.9 e 2.10- Caminho das foras e construo do edifcio.

Imagem 2.11- Edifcio construdo

2.3 Sistema em vo livre

Os pontos de absoro so encontrados nas faces externas das estruturas. As cargas de cada

pavimento so transferidas para as faces externas, enviadas perifericamente fundao.

Imagem 2.12- Sistemas de vo livre

2.3.1 Sistemas de vo livre com apoio central

As cargas de cada pavimento so transferidas parcialmente para o centro e para as

paredes externas.

Imagem 2.13- Sistema de vo livre com apoio central

2.3.2- Sistemas de vo livre e balano

As cargas so transmitidas a pontos de absoro intermedirios.

As cargas so transmitidas aos pontos intermedirios de coleta, tanto do centro

quanto dos lados (ENGEL, Henio)

Imagem 2.14 Sistema de vo livre e balano

2.3.2 Exemplo de aplicao do sistema de vo livre e balano em projetos

A) MASP- So Paulo

Vo-livre: 74 metros

5 metros de balano para cada lado

8 metros de p direito

2 andares se apoiam em 4 pilares conectados por 2 vigas de concreto protendido.

Imagem 2.15- Caminho das foras

Imagem 2.16- As vigas principais so protendidas e biapoiadas isostticas.

Os cabos esticados apertam o concreto a partir das extremidades da viga, desta forma

o concreto resiste melhor compresso.Com o peso das vigas e a ao de cargas

que ocorrem de maneiras variadas ao longo do tempo, alm de pesos extras, como de

pessoas, obras, etc., esses cabos continuam executando suas foras de trao na

parte inferior da viga.

As vigas protendidas do piso e da cobertura se apiam em 4 pilares, situados nas

extremidades das vigas. Estes pilares so ocos prximos cobertura, contendo um

pendulo interno, de modo a evitar que os efeitos de dilatao/contrao das vigas

acarretem na transferncia de esforos para os pilares e consequentemente acarretem

em momentos fletores.

Imagem 2.17- Corte esquemtico do projeto

2.3.3- Exemplo de aplicao do sistema de vo livre e tubo em projetos

A) World Trade Center- Nova York

O conjunto dos pilares externos, solidarizados entre si pelas vigas perifricas, formava

um tubo estruturado, cujas propriedades mecnicas eram alteradas pelo fato de no

ser constitudo por paredes contnuas, mas perfuradas. O conjunto era formado ento

por 57 pilares perifricos em cada fachada, com seo caixo de 35cm x 35cm,

espaados de 1 m, unindo-se acima do trreo em 19 pilares espaados de 3 m, e mais

2 pilares em cada canto da torre. Resultando num total de 236 pilares por andar.

Imagens 2.18 e 2.19- Construo do World Trade Center

Os engenheiros acreditam que parte da razo por que as torres permaneceram de p

por algum tempo depois do impacto causado pelas aeronaves no ataque do 11 de

setembro foi por causa da redundncia em seu projeto: o peso dos andares superiores

sustentado pelas colunas perdidas no impacto foram transferidas para outras colunas

prximas, que permaneceram intactas.

O edifcio foi projeto para resistir aos ventos de um furaco e tambm para resistir ao

impacto de um Boeing 707, embora aparentemente os engenheiros no tenham

levado em conta a carga de combustvel do avio.

Imagens 2.20 e 2.21- Destruio das torres aps o ataque de 11 de setembro

2.4- Sistemas portantes assimtricos

As cargas so transmitidas de maneira assimtrica aos pontos de absoro

Imagem 2.22- Sistema portante assimtrico

2.5 - Sistema de suspenso contnua

As cargas so levadas por cabos at a parte superior e as vigas-mestras as recebem

e transferem-nas para os pilares centrais ou perifricos

Imagem 2.23 Sistema de suspenso contnua

2.5.1- Exemplo de aplicao do sistema em projetos

A) Cidade Administrativa- Belo Horizonte

A construo formada por dois prticos paralelos em concreto com laterais em

balano cujas formas lembram uma mesa descomunal. Tranversais, 15 vigas de

concreto de 20 metros de comprimento por 3,4 metros de altura repousam sobre os

prticos. Tirantes partem dessas vigas (so 30 tirantes formados por trs conjuntos de

12 cabos de ao cada um) e mantm suspensa a barra envidraada. O esforo

estrutural resulta no vo de 147 metros de comprimento por 26 de largura. A rampa

assinala o acesso.

Imagem 2.24- Cidade Administrativa em Belo Horizonte

Imagem 2.25- Imagens explicativas sobre o sistema e execuo do projeto

3.0- Referncias

HEINO, Engel. Sistemas Estruturais. Traduzido por Esther Pereira da Silva, (2003)

SILVA, Mauro Csar. Sistemas de Estruturas (2010)

SILVA, Mauro Csar. Slides de aula Edifcios de Edifcios mltiplos em ao

SILVEIRA, Fernanda Bernardes. Queda das torres gmeas: aspectos estruturais.

IFSC-USP. 2002

SITE ARCOWEB. Oscar Niemeyer: Cidade Administrativa: BH.

SITE CODEMIG. Cidade Administrativa.

SITE FEC UNICAMP. Sistemas Verticais.

SITE GREAT BUILDINGS. World Trade Center Galery.

SITE MILIAUSKAS ARQUITETURA. Arquitetura Mundial em Captulos: Museu de

Arte de So Paulo-MASP.

SITE USP. Slides de aula da matria Mecnica das Estruturas da Escola Politcnica

da Universidade de So Paulo. 2007