SISTEMAS E COMPORTAMENTOS SISTEMAS E COMPORTAMENTOS ESTRUTURAIS DE EDIFÍCIOS ESTRUTURAIS DE EDIFÍCIOS

TRADICIONAISTRADICIONAISCONSTRUÇÃO TRADICIONAL

Licenciatura em ArquitecturaIST

António Moret Rodrigues

SISTEMAS ESTRUTURAIS ISISTEMAS ESTRUTURAIS IORGANIZAÇÃO ESPACIALA organização espacial de um edifício implica a existência de elementos separadores: horizontais e verticais.

SISTEMAS ESTRUTURAIS IISISTEMAS ESTRUTURAIS IIELEMENTOS SEPARADORES

Elementos separadores Elementos separadoreshorizontais: pavimentos verticais: paredescoberturas

SISTEMAS ESTRUTURAIS IIISISTEMAS ESTRUTURAIS IIIESTRUTURA PORTANTE Os elementos horizontais e verticais formam um todo que deve garantir a estabilidade do edifício na sua globalidade. A análise da estabilidade do ponto de vista global faz surgiro conceito de estrutura portante ou simplesmente estrutura.

Esta designação engloba o conjunto de elementos que se inter-relacionam de forma a assegurar a estabilidade deles próprios e de todo o edifício.

Historicamente, antes do século XX, as paredes das construções desempenhavam simultaneamente o papel de estrutura e de elementos verticais separadores dos espaços.

SISTEMAS ESTRUTURAIS IVSISTEMAS ESTRUTURAIS IVESTRUTURA PAREDENeste caso, as paredes devemresistir, para além do seupróprio peso, às acções quelhes são transmitidas peloselementos separadoreshorizontais que se apoiamsobre elas.A organização dos espaçosera fortemente condicionadapor este sistema estrutural.Por razões estruturais, e nãode uso, os edifícios erammuito compartimentados.

SISTEMAS ESTRUTURAIS VSISTEMAS ESTRUTURAIS VESTRUTURAS PORTICADAS

O aparecimento do aço e do betãoe as suas possibilidades de combinação,tornaram possível a realização desistemas estruturais recticulados, emforma de pórticos constituídos porpilares e vigas.

Neste caso, os pavimentos transmitemas acções verticais a vigas de suporte, que por sua vez as encaminham parapilares de apoio, chegando atravésdestes até às fundações.

SISTEMAS ESTRUTURAIS VISISTEMAS ESTRUTURAIS VIESTRUTURAS PORTICADASCom a estrutura porticada ficam claramente separadas as funções de elemento portante e elemento separador de espaços (vertical);

As paredes deixam de ser resistentes e passam a ser simples elementos de enchimento ou de separação de espaços;

Passou a ser o uso o factor mais importante em relação ao número e conformação dos espaços, características que antes eram também fortemente condicionadas pela estrutura portante.

SISTEMAS ESTRUTURAIS VIISISTEMAS ESTRUTURAIS VIIESTRUTURAS EM LAJE FUNGIFORME

À medida que a ciência dos materiais e os modelos de cálculo vão evoluindo, tem vindo a observar-se umaprogressiva simplificação dos sistemas estruturais, de que a supressão das vigas éum bom exemplo, conduzindo a sistemas onde as lajes dos pisos descarregam directamente nos pilares – LAJES FUNGIFORMES.

Laje sem viga

COMPORTAMENTO ESTRUTURAL ICOMPORTAMENTO ESTRUTURAL IESTABILIDADEA estabilidade de um edifício exige o cumprimento de exigências básicas:As forças que actuam sobre a estrutura de um edifício (acções e reacções) devem estar em equilíbrio estático.

COMPORTAMENTO ESTRUTURAL IICOMPORTAMENTO ESTRUTURAL IIESTABILIDADETodo o elemento, ou parte dele, não deve apresentar deformação susceptível de por em risco a sua estabilidade ou funcionalidade.

Estas exigências resolvem-se com uma forma e um material adequados que confiram aos elementos a capacidade de não se deformarem em demasia nem, tão pouco, ruírem.

Ruína por carga excessiva

Ruína por deformaçãoexcessiva

COMPORTAMENTO ESTRUTURAL IIICOMPORTAMENTO ESTRUTURAL IIIESTABILIDADEOs elementos estruturais inferiores são os que ficam mais sobrecarregados.

Por esta razão, as secções das paredes dos edifícios antigos, sujeitas àcompressão, iam reduzindo com a altura do edifício.

No fim do séc. XIX, iníciodo séc. XX, falhas nestaprática construtiva e o aumento do porte dosedifícios foram responsáveispor colapsos mais ou menosespectaculares.

COMPORTAMENTO ESTRUTURAL IVCOMPORTAMENTO ESTRUTURAL IVESTABILIDADEPodem acontecer outros tipos de rotura que não sejam por carga excessiva.

A disposição dos elementos pode proporcionar deformações transversais que podem conduzir àrotura.

É necessário que na disposição das peças o seu travamento esteja assegurado.

Nos edifícios antigos esse travamento nas paredesde pedra ou tijolo era conseguido com disposiçõesadequadas das peças de forma a desencontrar juntas.

COMPORTAMENTO ESTRUTURAL VCOMPORTAMENTO ESTRUTURAL VESTABILIDADEElementos de vigaA utilização de elementos lineares com funções de suporte –vigas – é uma forma tradicional de vencer vãos em edifícios.

Pela sua natureza as vigas são elementos que trabalham àflexão.

Este conhecimento é muito importante pois condiciona o tipo de materiais a utilizar:

- a madeira funciona bem à tracção;

- a pedra, ao contrário, apresenta grande resistência à compressão mas fraca resistência à tracção.

COMPORTAMENTO ESTRUTURAL VICOMPORTAMENTO ESTRUTURAL VIESTABILIDADEPrecaução com a utilização da pedra como vigaO cuidado com a utilização da pedra como material para vigas está bem evidenciado nos templos gregos, onde o curto espaçamento entre as colunas devia-se àfraca resistência das vigas de pedra.

COMPORTAMENTO ESTRUTURAL VIICOMPORTAMENTO ESTRUTURAL VIIESTABILIDADEPapel dos pavimentos na estabilidade globalAo estarem unidos às paredes fecham horizontalmente as caixas por elas formadas limitando o comprimento de varejamento das paredes à altura livre entre elas.

Foi este sistema interligado de paredes e pavimentos que permitiu ao longo da história, e ainda actualmente, a construção económica de edifícios com estrutura de paredes resistentes com vários pisos.

COMPORTAMENTO ESTRUTURAL VIIICOMPORTAMENTO ESTRUTURAL VIIIABERTURAS EM PAREDESUma outra utilização da viga é a sua colocação sobre os vãos abertos em paredes de forma a suportar a parte superior das mesmas.

Um elemento viga nesta situação toma a designação de lintel ou dintel.

Aberturas de grande vão obrigam a ter lintéis de maior comprimento, mas deverá haver um limite imposto pela sua rotura ou deformação excessiva.

COMPORTAMENTO ESTRUTURAL IXCOMPORTAMENTO ESTRUTURAL IXABERTURAS EM PAREDESSe houver uma falha do lintel, não étoda a parte superior da parede que desmorona mas apenas a porção em forma de triângulo (ou segmento circular) que acompanha a flexão do lintel.Uma outra forma seria então utilizar duas peças inclinadas que, em lugar de trabalhar à flexão, funcionam como pontaletes que transmitem as cargas às zonas laterais (nembos) da abertura.Neste caso, os impulsos lateraisgerados pelos pontaletes podemderrubar os nembos.

COMPORTAMENTO ESTRUTURAL XCOMPORTAMENTO ESTRUTURAL XABERTURAS EM PAREDESO problema resolve-se com a justaposição de peçasformando um arco. O elemento que se obtém trabalha exclusivamente à compressão, pelo que a pedra (ou tijolo) pode ter aqui grande utilização.

A, B – Pés direitos, onde se apoia o arcoa b c – intradorsoa’ b’ c’ – extradorso;s, d, f, c − Aduelas, em que S, S são os saimeis, C é o fecho e f f os contrafechos x y – eixo do arcoa a’’ ou c c’’ – geratriza b c – directriz

Flecha

Vão

COMPORTAMENTO ESTRUTURAL XICOMPORTAMENTO ESTRUTURAL XIVÃOS ESPACIAIS EM ABÓBADAAs abóbadas, que se utilizam para vencer espaços(duas dimensões) podem ser em pedra ou tijolo e constituem um prolongamento dos arcos, que vencem vãos (uma dimensão).

Abóbada cilíndrica (ou em canhão)

funciona como um arco com profundidade, suportada por paredes resistentes. Este sistema apenas permitia a abertura de pequenos vãos de janela.

COMPORTAMENTO ESTRUTURAL XIICOMPORTAMENTO ESTRUTURAL XIIVÃOS ESPACIAIS EM ABÓBADAAbóbada de arestasOutro tipo de abóbadaimportante é a de arestas, que resulta do cruzamento de duas abóbadas cilíndricas, cortando-se em ângulo recto

A abóbada de arestas suplantoua abóbada cilíndrica, pois permitiu a criação de maiores vãos nos espaços envolvidos.

COMPORTAMENTO ESTRUTURAL XIIICOMPORTAMENTO ESTRUTURAL XIIIO PAPEL DOS TIRANTES E ARMADURASVoltando ao problema do lintel em forma de triângulo, os impulsos laterais podem ser absorvidos por uma corda, cabo ou peça de madeira. Este elemento fica sujeito à tracção tirante.

Um exemplo tradicional destesistema muito utilizado emcoberturas é a asna.

COMPORTAMENTO ESTRUTURAL XIVCOMPORTAMENTO ESTRUTURAL XIVO PAPEL DOS TIRANTES E ARMADURASA diferença entre a arquitectura do passado e a do presente deve-se, entre muitas outras causas, ao desenvolvimento e divulgação de um materialextraordinariamente resistente à tracção e de uso muito limitado na antiguidade: o aço (estima-se que a "verdadeira idade do ferro" tenha tido início antes de 1200 a.C.). A sua divulgação como material autónomo inicia-se de forma fulgurante durante o século XIX e, combinado com o betão, no século XX.

COMPORTAMENTO ESTRUTURAL XVCOMPORTAMENTO ESTRUTURAL XVO PAPEL DOS TIRANTES E ARMADURASA utilização de varões de aço para absorver os esforços de tracção em peças de betão (betão armado) está também actualmente muito vulgarizada.Esta combinação aço-betão é amplamente utilizada nas estruturas dos edifícios actuais, e é grandemente responsável pelo sucesso do sistema estrutural em pórtico.

Nós rígidos

Viga simplesmente apoiada

A armadura permitiu a realização de nós rígidos entre os pilares e vigas, que assim passam a ter um funcionamento conjunto.

COMPORTAMENTO ESTRUTURAL XVICOMPORTAMENTO ESTRUTURAL XVIVANTAGENS DO SISTEMA EM PÓRTICOO funcionamento em pórtico reduz os esforços e deformações máximos das vigas, podendo deste modo obter-se importantes economias em material (aço e betão). Uma outra vantagem do pórtico relativamente ao sistema pilar-viga é que o conjunto assim formado tem capacidade de resistir às acções horizontais, característica que está ausente no sistema pilar-viga.

O sistema pilar-viganão resiste às acçõeshorizontais

COMPORTAMENTO ESTRUTURAL XVIICOMPORTAMENTO ESTRUTURAL XVIIEDIFÍCIOS ANTIGOSEntende-se aqui como edifício antigo aquele que é anterior aoadvento do betão armado como material estrutural dominante.

O sistema estrutural baseava-se num conjunto grossas paredes de alvenaria resistentes às cargas verticais:

Paredes mestras, no caso de paredes exteriores;Paredes de frontal, interiores.

COMPORTAMENTO ESTRUTURAL XVIIICOMPORTAMENTO ESTRUTURAL XVIIIEDIFÍCIOS ANTIGOSDado que a alvenaria não resiste à tracção, a resistência às acções horizontais do vento e sismo era assegurada por uma estrutura de madeira integrada na alvenaria.Chamava-se gaiola e desempenhava na alvenaria uma função similar à que o aço desempenha no betão. No caso do frontal pombalino era constituída por cruzes de Santo André.

Cruzes de Santo André

COMPORTAMENTO ESTRUTURAL IXXCOMPORTAMENTO ESTRUTURAL IXXEDIFÍCIOS ANTIGOSA rede de paredes exteriores e interiores ligava-se entre si e aos pavimentos (de madeira), formando uma complexa estrutura tridimensional, capazde resistir às acçõesverticais e ao mesmotempo garantir umtravamento adequadoàs acções horizontais.

TIPOLOGIAS CONSTRUTIVAS ITIPOLOGIAS CONSTRUTIVAS IEDIFÍCIOS DA ÉPOCA PRÉ-POMBALINA (<1755)Paredes muito espessas de alvenaria de pedra ou taipa e pavimentos sobrados de madeira.Arcadas nos andares inferiores.Divisórias com estrutura de madeira.Número médio de andares: 2 e 3.

TIPOLOGIAS CONSTRUTIVAS IITIPOLOGIAS CONSTRUTIVAS IIEDIFÍCIOS DA ÉPOCA PRÉ-POMBALINA (<1755)Pertencem também a esta categoria os edifícios com andar de ressalto.São constituídos por um R/C em alvenaria de pedra e pavimento em arco ou não, servindo de suporte a 1 ou 2 andares salientes em relação ao R/C em estrutura reticulada de madeira.Prenúncio da gaiolapombalina.

TIPOLOGIAS CONSTRUTIVAS IIITIPOLOGIAS CONSTRUTIVAS IIIEDIFÍCIOS DA ÉPOCA POMBALINA (1755-1880)Fachadas rasgadas.Gaiola de madeira no interior.Empenas servindo de corta-fogo.Altura de 3 pisos mais mansarda.Esticadores que ligam ospavimentos às paredesexteriores.

TIPOLOGIAS CONSTRUTIVAS IVTIPOLOGIAS CONSTRUTIVAS IVEDIFÍCIOS DA ÉPOCA GAIOLEIRA (1880-1940)Paredes de alvenaria semligações horizontais.Pavimentos de madeira.Gaiola de madeira no interior.Altura pode atingir 5 a 6 pisos.Grandes dimensões em planta.Escada de serviço nas traseiras.

TIPOLOGIAS CONSTRUTIVAS VTIPOLOGIAS CONSTRUTIVAS VEDIFÍCIOS DE CONSTRUÇÃO MISTA (1940-1960)Paredes de alvenaria e pavimentos em betão.Altura de 6 a 8 pisos.Primeiros elementos de betão armado.Pavimentos em abobadilha (tijolo emcamada dupla e perfis metálicos)principalmente em zonas com águas(WC, cozinhas marquises).

TIPOLOGIAS CONSTRUTIVAS VITIPOLOGIAS CONSTRUTIVAS VIEDIFÍCIOS DE BETÃO ARMADO (>1960)Estrutura em pórtico (pilares e vigas).Lajes maciças.Varandas salientes.Paredes divisórias em tijolo.Paredes resistentes junto aos elevadores das escadas.