Estruturas que resistem pela forma cascas revisado em 24.05.11

9.572 visualizações

Publicada em

Estruturas que resistem pela forma cascas revisado em 24.05.11. Aula do profy Renato Carrieri, em Sistemas Estruturais I

0 comentários
4 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
9.572
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
2
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
337
Comentários
0
Gostaram
4
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

Estruturas que resistem pela forma cascas revisado em 24.05.11

  1. 1. ESTRUTURAS QUE RESISTEM PELA FORMAArqº e professor Renato Carrieri
  2. 2. A importância da resistência pela forma.
  3. 3. •• ’’No Aeroporto de Dulles, a estrutura é também um elemento ativamente participante da arquitetura. O vãotransversal de 50m. é vencido por uma malha de cabos enrijecida por concreto. A malha é apoiada, em cada extremo,em uma viga horizontal de concreto armado que vence os 15 vãos de 12m entre pilares. A cobertura, através dasvigas horizontais, aplica aos pilares forças verticais.Os momentos a eles aplicados pelas forças de empuxo teriam um valor muito maior que a solução de pilaresinclinados propostos pelo projeto. Com a inclinação dos pilares, parte dos momentos de empuxo são aliviados pelosmomentos contrários aplicados pelas cargas verticais. Este é outro exemplo de como a forma arquitetônica podecolaborar de maneira sensível na diminuição das dimensões estruturais e receber de volta esse benefício em formasestruturais mais elegantes.’’ [1]•[1] REBELLO, Yopanan C. P. Arquiteturas e Estruturas. Revista AU nº 80 Out.Nov.98.p.101.
  4. 4. Cascas de revolução
  5. 5. Tesouras são estruturas constituídas porbarras cujos eixos se encontram todos no mesmoplano e recebem cargas contidas neste plano.Para cargas que não atuam no plano daestrutura, a resistência é muito pequena;Como é possível idealizarmos umaestrutura onde as cargas atuam exatamente emseu plano, haverá em contrapartida, componentesnormais que deverão ser absorvidas peloselementos que ligam as tesouras entre si, ex.:pressão do vento. Daí resulta que, para oselementos estruturais que opõem resistência aesse tipo de carga dá-se o nome de elementos decontraventamento.O espaçamento entre as tesouras nãopode aumentar muito justamente, por causa dasterças de contraventamento, que trabalhamprincipalmente à flexão.
  6. 6. Foi com o objetivo de se evitar aflexão que surgiram as cascas cilíndricas.Cascas são estruturas de superfíciecurva com grande resistência a esforços normaisà sua secção, e também a esforços de flexão.As cascas cilíndricas geradas pelo deslocamentodo arco são também chamadas de abóbadas.A superfície gerada pelo giro do arco em tornode seu eixo é chamada de cúpula.Em ambos os casos, a espessura reduzida confere à estrutura um peso muitopequeno e a forma curva lhes dá um enrijecimento muito grande.Nas abóbadas, essa propriedade lhes permite vencer sem dificuldades vãossituados entre seus tímpanos; entretanto, para vãos menores do que duas vezes alargura (b<2a), seu comportamento é nitidamente o do arco. Para vãos superiores atrês vezes a largura, o funcionamento predominante é o de viga (b>3a).Capela Fazenda Veneza Arqº D.TozziConcessionária Fiat Mais Arqº A.Bernardinelli Marchesini
  7. 7. A utilização das cascas de acordo com as modernas teorias dedimensionamento se deu a partir do século 19, quando na Alemanha, a Cia. Zeiss esua filial Dyckerhoff Widman desenvolveram estudos sobre elas. A forma das cascastraz como conseqüência tensões consideravelmente menores do que os sistemasplanos, além de atuarem simultaneamente como sistema de suporte e de cobertura.A posição da linha neutra depende principalmente da forma curva diretriz(secção transversal). Não se pode dizer que as tensões variam linearmente com adistância à linha neutra. Só se pode afirmar que acima e abaixo da linha neutra astensões têm sinais opostos. Se a estrutura for de concreto armado, quanto maisbaixa a posição da linha neutra, tanto melhor será seu funcionamentorelativamente ao aproveitamento do material, pois maior será a quantidade dematerial trabalhando à compressão.CompressãoTração
  8. 8. TIPOS DE CÚPULASHá uma relação direta entre o sólido geométrico e sua geratriz contida no plano.Exemplo:• Cúpulas esféricas:resultado da rotação de um arco de circunferência em torno de um eixo.• Cúpulas elípticas:resultado da rotação de meia elipse ao redor de um eixo vertical.• Cúpulas parabólicas:Resultado do giro de uma parábola em torno de um eixo vertical. Nestecaso, assim como ocorre com as cúpulas esféricas, podem ser construídas commateriais que trabalham unicamente a compressão, como o tijolo.
  9. 9. ANÁLISE DA GEOMETRIA DAS CÚPULASAs superfícies de revolução permitem o equilíbrio entre as tensõesinternas e as cargas mediante tensões de membrana.Cada ponto “P” descreve um círculo de raio igual à distância de “P” ao eixo derotação. Este círculo é denominado paralelo, enquanto que a curva geratriz dasuperfície é um meridiano.Tais superfícies são chamadas de cúpulas; nelas, a flexão é reduzida, e o equilíbrio éalcançado pelo trabalho em conjunto dos meridianos que resistem à compressão,enquanto os anéis horizontais paralelos resistem à tração, atuando como verdadeirostirantes circulares, ou como diz Salvadori, “tal qual os anéis de um barril”.
  10. 10. MATERIAIS ESTRUTURAISTijoloConcreto Armado & Concreto ProtendidoAçoAPOIOS• FlexívelArticulação sem cintamento• CintadoAnel• EngastadoCumpre observar no caso do arco abatido, que as reações são inclinadas nas extremidadese tangentes à curva. Por esse motivo, o desenho do elemento de apoio deverá assumir umaforma coerente com a direção dos esforços, porque quanto mais se aproximar da suaresultante mais facilmente irá se opor à ela.
  11. 11. COMPORTAMENTO ESTRUTURALDesenvolvem basicamente tensões de tração e compressão.As tensões de compressão são tanto maiores quanto mais se aproximam da baseda cúpula, até que ocorra o equilíbrio perfeito visto que os apoios despertamreações na direção da tangente no extremo da casca. Diz-se que o sistema éautoportante.RVA RVBSão estruturas muito resistentes, contendo uma grande porcentagem de materialtrabalhando à compressão que é o que realmente interessa, variando entretanto decomportamento de acordo com suas características geométricas.
  12. 12. FLEXÃO NA CÚPULAAs cúpulas trabalham fundamentalmente com arcos cuja flexão fica reduzida por anéishorizontais paralelos e de diâmetro progressivamente menor da base até o topo.Considerando-se um ângulo medido do topo para a base, a transição entre compressão etração nos paralelos, ocorre com 52 °O cálculo das tensões indica que as tensões meridianas crescem sempre de cima parabaixo, e o anel de borda absorve o empuxo horizontal para φ = φ máximo.
  13. 13. As tensões horizontais entretanto, mudam de sinal para φ = 52º.No topo da casca as tensões são de compressão, e na base de tração.O paralelo definido por φ = 52° funciona como uma linha neutra.Se φ máximo = 90º, as tensões extremas são verticais e não há necessidade do anelde borda: a própria cúpula absorve totalmente os empuxos.
  14. 14. Em caso contrário, por ex. o arco abatido não parabólico:Se as reações não estiverem dirigidas na direção da tangente, hánecessidade de um apoio que equilibre a componente horizontal.RV RVe eRVA RVBNão existindo os vínculos nas extremidades do arco absorvendo os empuxoshorizontais em A e B, a estrutura funciona como viga e não como arco.O elemento de apoio destinado a absorver o empuxo horizontal “e” oferecerestrições à deformação da casca, e constitui um fator de perturbação deborda. Neste caso devemos levar em consideração os efeitos de flexãocausados por esforços introduzidos na borda.A esse respeito, Torroja afirma em sua monumental obra “Razón y ser delos tipos estructurales” :Pode-se afirmar que o arco engastado sempre leva vantagem,saindo com lucro do jogo: escamoteia parte de suas funçõesestruturais passando-as a outro elemento independente daestrutura propriamente dita, qual seja, o terreno!
  15. 15. Enrijecimento contra a deformação crítica do perfil : redução da perturbação por flexão da borda inferior dacasca :deflexão anelar oposta da borda inferior da casca e daviga, causada pela direção oposta das forças anelaresO anel absorve sozinho os esforços horizontais,transmitindo aos apoios apenas as componentes verticais.inversão da direção defletiva na viga anelar medianteprotensão :caso 1 caso 2 caso 3“Oca” do Ibirapuera. Arq° O.Niemeyer
  16. 16. O ideal é definir-se as condições de apoio adequado à altura da casca, fazendo com quenão ocorra a flexão, funcionando o conjunto como uma membrana conforme diz o Prof°Vasconcelos em Estruturas Arquitetônicas, desenvolvendo apenas tensões de membrana.O Autor ainda afirma que é sempre muito mais fácil calcular uma casca pela teoria damembrana do que pela flexão...Estação ferroviária Lehrter BanhofArq°Von Gerkan Mark und partnersinversão da direção defletiva na base mediante treliça de reforço.Residencia Marcos AcayabaArqº M.Acayabainversão da direção defletiva na base mediante aumento da espessuraobs.: recomendável que a espessura na base seja de 2,3 a 2,4 vezesmaior do que no tôpo. [ Wilby,C.B. : Concrete Dome Roofs.Longman Scietific & Technical, 1993. pg 313.]
  17. 17. Comparativos entre soluções estruturaisA relação entre a espessura da casca e o vão é extremamente desproporcional,chegando em alguns casos a l / 300, enquanto que no arco de concreto por exemplo,sistema estrutural onde os paralelos não existem, ela fica compreendida entrel / 20 e l / 30 do raio.A rigidez obtida graças à ação combinada dos meridianos e paralelos éespantosamente alta. Um domo de concreto armado com envergadura de 30 metros eapenas 8 cm de espessura, apresentará no topo uma deformação por flexão de nomáximo 2,5 mm. Portanto l / 12 000 de sua envergadura.Em comparação, a flexão na viga é 33 vezes maior, ou l / 360 do vão !!!
  18. 18. CONCLUSÃOAbóbadas, cúpulas, parabolóides, fazem parte de um leque depossibilidades à disposição dos arquitetos, desde que as mesmasfaçam parte do seu repertório formal. Somente depois de conhecertodas as tipologias estruturais, resistentes ou não pela forma, oarquiteto poderá escolher a sua preferida.
  19. 19. UM POUCO DE POESIA...• Os domos são os reis de todas as coberturas e a Meca de quantos tem religião,océu dos amantes de teatro, a cobertura igualitária dos fãs de esporte, e a maiorconquista estrutural da Humanidade em mais de 2000 anos de desenvolvimentoespiritual e tecnológico.• Talvez eles sejam também, a materialização mais próxima do céu e sua únicarepresentação feita pelo homem, e é por isso que um domo parece nos proteger comoo céu de uma noite clara, abraçando-nos e protegendo nossa pequenez e solidão.Mario Salvadori. “Por que os edifícios ficam de pé?”São Paulo. Martins Fontes Editôra Ltda. 2006. Cap. 13 pg. 253
  20. 20. Sistemas primitivosUm sistema em arco pode ser montado, amarrando-se na parte superior dois troncoscravados no solo e paralelos entre si. A forma do arco semi circular à esquerda, iráaparecer mais tarde no Românico. Bem depois o arco em ponta irá se tornar uma dascaracterísticas do Gótico.
  21. 21. O croqui à esquerda ilustra provavelmente uma das construções mais primitivas daHumanidade encontrada próximo a Nice na França. Com 6 x 15 metrosaproximadamente, acomoda mais de quinze pessoas.À direita, uma trama ortogonal de galhos flexíveis, empregada na construção de umatenda indígena na forma de domo.
  22. 22. O desenho ilustra um domus degeometria radial com cobertura desapê característico das tendasindígenas norte-americanas. A fotomostra mulheres índias cobrindo umatenda na feira internacional Trans-Mississipi em Omaha, Estado deNebraska em 1898.
  23. 23. Embora as tenda cônicas sejam montadas e desmontadas com muita facilidade sãomuito confortáveis do ponto de vista térmico; uma cerca externa ajuda na proteçãonos dias frios de inverno. Até uma fogueira pode ser acesa internamente, e o duplorevestimento de pele garante total isolamento no calor e no frio.
  24. 24. Forma clássica de abóbada em argila.
  25. 25. Vila de casas com quintal.Cobertura de sapê.Local: Mali
  26. 26. Igreja de São Francisco de AssisLocal : PampulhaData : 1943Oscar Niemeyer
  27. 27. IGREJA DE SÃO FRANCISCO DE ASSIS - PAMPULHA
  28. 28. Concessionária Fiat MaisLocal : São PauloData : 194 -Antonio Berdinelli Marchesini
  29. 29. Piscina Coberta Centro Esportivo Baby BarioniLocal : SPData : 1948Ícaro de Castro Mello
  30. 30. Palácio das artesLocal : São PauloData : 1951Oscar Niemeyer,Zenon Lotufo,Hélio Uchôa,Eduardo K. de Mello
  31. 31. EERO SAARINEN 1910 1961
  32. 32. TWALocal : Nova IorqueData : 1956-1963Eero Saarinen
  33. 33. • Los Manantiales Xochimilco México 1958• Felix Candela
  34. 34. Palácio das ConvençõesLocal : São PauloData : 1967Miguel Juliano e Silva, Jorge Wilheim
  35. 35. Posto CatacumbaLocal : Rio de JaneiroData : 1968Dilson Gestal Pereira, WaldyrAntunes Figueiredo, Paulo RobertoM. Souza, Alfredo Lemos
  36. 36. Residência Marcos AcayabaLocal : São PauloData : 1973Marcos de Azevedo Acayaba
  37. 37. Biblioteca Latino Americana Victor CivitaLocal : São PauloData : 1987Oscar Niemeyer
  38. 38. Izumo DomeLocal : JapãoData : 1992Kajima Design
  39. 39. Olympic HallLocal : NoruegaData : 1992Niels Torp Architects
  40. 40. Centro de Apoio ao Grande Incapacitado FísicoLocal : BrasíliaData : 1995João Figueiras Lima
  41. 41. ESCOLA DE EXCEPCIONAIS - MONTAGEM DAS PRIMEIRAS VIGAS RADIAIS,APOIADAS NO ANEL CENTRAL DE COMPRESSÃO SUSTENTADO POR UMCIMBRAMENTO PROVISÓRIO.
  42. 42. AS VIGAS TRELIÇAS, NOS SEUS TRAMOS EXTREMOS, ASSUMEM ACONFIGURAÇÃO TÍPICA DAS VIGAS DE ALMA CHEIA.
  43. 43. O ANEL COM 52m DE DIÂMETRO PRATICAMENTE FECHADO PELAS 56 VIGAS RADIAISCONCÊNTRICAS, FORMANDO ENTRE SI ÂNGULOS DE 6,4286º
  44. 44. SOBRE AS VIGAS RADIAIS CONCÊNTRICAS, PARA EFEITO DE TRAVAMENTOHORIZONTAL E APOIO DAS TELHAS, FORAM DISTRIBUÍDAS TERÇASENRIJECIDAS FORMADAS PELA COMPOSIÇÃO DE DOIS PERFIS U DE CHAPADOBRADA.
  45. 45. A ESCOLA ASSEMELHA-SE AO ESPAÇO LÚDICO PROPICIADO PELA LONA DE UM CIRCO
  46. 46. Lehrter BahnhofLocal : AlemanhaData : 2000 - 2002Von Gerkan Marg and Partner
  47. 47. Project DescriptionClients: Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfungProject: Lehrter Bahnhof BerlinPlace: Berlin (Germany)Period: beginning of the works: 2000 finished in the 2002
  48. 48. ESTRUTURAS QUE RESISTEM PELA FORMAArqº e professor Renato Carrieri

×