Manual de arquitetura, Notas de estudo de Arquitetura

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PRINCÍPIOS DE

ARQUITETURA EM AÇO

COLETÂNEA DO

USO DO AÇO

3ª Edição

Heloisa Martins Maringoni

Este volume 4 da Coletânea do Uso do Aço, sobre os princípios da arquitetura que utiliza a estrutura metálica como sistema estrutural, começa com um resumo cronológico contendo a descrição de alguns materiais e a evolução científica e tecnológica das descobertas estruturais nos últimos séculos, com a data e a identificação do autor, o que é uma novidade em publicações de engenharia. Coloca a seguir, de forma questionadora, que para conceber a arquitetura como espaço construído será necessário precisar com a maior clareza possível, no atendimento às necessidades funcionais, quais os componentes estruturais a serem utilizados e como eles deverão ser articulados, de modo a garantir a estabilidade da forma - propriedade integrante e inseparável da mesma. Esta preocupação fenomenológica e qualitativa, própria da forma de pensar de Heloísa, revela o seu potencial criador, aspecto pouco comum na engenharia de estruturas e que muito auxilia o arquiteto ao conceber um projeto onde a estrutura nasce junto com a definição do partido formal - não apenas como opção aleatória do material a ser utilizado - passando a constituir uma parte importante e definidora do todo. O capítulo 3 trata da especificidade do projeto em aço e descreve seu processo de produção, sua sustentabilidade, suas variadas tipologias, conceitos e vantagens, sua condição de produto industrializado e sua racionalidade na composição entre si e com os demais componentes da construção. Descreve a tipologia estrutural de elementos básicos nós, barras e lâminas cuja combinação gera sistemas e exemplifica os principais: quadros, treliças, arcos, pórticos, estruturas estaiadas e sistemas de planos malhas, grelhas, treliças associadas a malhas, sistemas celulares, membranas. Termina esta série com sistemas tridimensionais como as geodésicas e as estruturas espaciais. A autora continua a abordagem do projeto estrutural tratando dos esforços solicitantes e resistentes: axiais, de flexão, cisalhamento, torção e deformações. Encerra falando sobre o dimensionamento, as ligações, o detalhamento, a fabricação, o transporte, a montagem e a manutenção. Este trabalho surge oportunamente, como mais uma contribuição para a formação de estudantes, arquitetos e engenheiros cujo interesse nas estruturas metálicas vem crescendo, e que reclamam o conhecimento nesta área, dificultado pelo número reduzido de publicações especializadas. Esta edição vem, assim, preencher uma lacuna no entendimento do aço estrutural em edificações, ajudando a romper a resistência ao seu uso fenômeno que ocorre só no Brasil, visto que nos principais países da Europa, América e Ásia sua utilização ocorre em grande escala, há várias décadas.

Arq. Siegbert Zanettini Prof. Titular da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo

APRESENTAÇÃO

COLETÂNEA DO USO DO AÇO

• 1 Introdução ...................................................................................................... COLETÂNEA DO USO DO AÇO
  • 1.1 - Cronologia.................................................................................................
• 2 O Ante-Projeto..............................................................................................
  • 2.1 - O que Você Quer?......................................................................................
    • 2.1.1 Satisfazer as necessidades e possibilidades do cliente.............................
    • 2.1.2 Espaços ..............................................................................................
    • 2.1.3 Volumes ..............................................................................................
    • 2.1.4 Estética...............................................................................................
  • 2.2 - O que Você Precisa?...................................................................................
    • 2.2.1 Vãos ...................................................................................................
    • 2.2.2 Cargas ................................................................................................
  • 2.3 - O que Você Pode?......................................................................................
    • 2.3.1 Normas e limitações.............................................................................
    • 2.3.2 Materiais .............................................................................................
    • 2.3.3 Custos ................................................................................................
    • 2.3.4 Execução ............................................................................................
• 3 O Projeto em Aço ..........................................................................................
  • 3.1 - O Aço .......................................................................................................
    • 3.1.1 Descrição do material...........................................................................
    • 3.1.2 Sustentabilidade ..................................................................................
    • 3.1.3 Perfis de aço .......................................................................................
    • 3.1.4 Soluções especiais ...............................................................................
  • 3.2 - O Projeto ..................................................................................................
    • 3.2.1 O nascimento do projeto ......................................................................
    • 3.2.2 Vantagens do uso do aço .....................................................................
    • 3.2.3 Construção industrializada ....................................................................
    • 3.2.4 Fechamentos.......................................................................................
    • 3.2.5 Coberturas ..........................................................................................
    • 3.2.6 Corrosão .............................................................................................
    • 3.2.7 Tratamento de superfície e revestimentos ..............................................
    • 3.2.8 Estruturas mistas .................................................................................
    • 3.2.9 Outros ................................................................................................
  • 3.3 - Projeto Estrutural....................................................................................... COLETÂNEA DO USO DO AÇO
    • 3.3.1 Tipologia estrutural ..............................................................................
    • 3.3.2 Sistemas estruturais.............................................................................
    • 3.3.3 Esforços solicitantes e resistentes .........................................................
    • 3.3.4 Formas das seções...............................................................................
    • 3.3.5 Aspectos conceituais ............................................................................
    • 3.3.6 Pré-Dimensionamento ..........................................................................
    • 3.3.7 Dimensionamento ................................................................................
    • 3.3.8 Ligações..............................................................................................
    • 3.3.9 Detalhamento .....................................................................................
    • 3.3.10 Fabricação .........................................................................................
    • 3.3.11 Transporte.........................................................................................
    • 3.3.12 Montagem .........................................................................................
    • 3.3.13 Manutenção.......................................................................................
  • 3.4 - Detalhes de Obras .....................................................................................
• 4 Bibliografia ...................................................................................................

INTRODUÇÃO

Aço é sinônimo de arquitetura moderna. No século XX, este material inspirou arquitetos e engenheiros, combinando resistência e eficiên- cia com oportunidades de expressão escultural. Hoje, na era do pluralismo arquitetônico e da inovação da engenharia, o aço está presente nos mais sofisticados e modernos edifícios. Parte disso se deve à evolução a passos largos da metalurgia, análise estrutural, fabricação, montagem e desenvolvimento de componentes construtivos que complementam e fecham a estrutura. Os limites do aço são cada vez mais explorados, técnica e expressivamente gerando soluções estéticas ricas, criativas e variadas. Os Perfis Estruturais Gerdau vieram reforçar a tendência da racionalização e da utilização da construção industrializada. Os arranjos das ligações podem ser padronizados e transformam-se em elementos arquitetôni- cos importantes. Este Manual fornece uma visão geral de conceitos construtivos e estruturais em que a maioria das edificações se baseiam.

INTRODUÇÃO

9 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

1.1 - CRONOLOGIA

Materiais

Ciência e Tecnologia

Obras

Ano

Matemática (India)

500

Numerais, álgebra e geometria (Arábia)

600

Cúpula da Rocha - Jerusalen (Islâmica)

692

Grande Mesquita de Córdoba

788

Catedral de Cartres - Arquitetura Gótica

1154

Arquitetura Islâmica é difundida na India

12151425

Comportamento das treliças (Da Vinci)

Cúpula de Santa Maria del Fiore

1452

Tijolo

1500

Resistência dos materiais (Galileu)

1564

Coordenadas cartesianas - O Método (René Descartes)

1637

Terminada a construção do Taj Mahal

1653

Robert Hooke - Teoria da Elasticidade

1660

Leibnitz - Cálculo diferencial e integral

1677

Principia (Newton)

1687

Abraham Darby descobre o croque para produção do ferro guza

1709

Ferro fundido e batido

Primeira ponte de ferro em arco - Rio Severn (Inglaterra)

1775

Motor elétrico (Faraday-Ingaterra)

1821

Exposição mundial Londres

Palácio de Metal - Joseph Praxton (Inglaterra)

1851

Elisha Graves Otis - Elevador

1853

Cimento & concreto

Joseph Louis Lambot - Argamassa reforçada com ferro

1855

Aço

Processo Bressener (aço)

1856

Henri Laboustre - uso de vigas, arcos e pilares

Bibliotheque de Sainte-Genevieve

1856

1º Metrô (Londes)

1863

1º Ferrovia transcontinental (EUA)

1869

1º Hidrelétrica (EUA)

1882

1º Ponte Pensil Brooklyn (EUA)

1883

Torre Eiffel (Gustave Eiffel-França)

1889

Urbanização Moderna (Howard)

1899

Teoria da relatividade (Einstein-Alemanha)

1905

Plástico

1910

Robert Maillart - Laje cogumelo

1912

Bauhaus (Alemanha)

1919

Alumínio

Hardy Cross - Processo para determinação de esforços -Estruturas Hiperestáticas

1930

Empire State Building 381 m (EUA)

1931

Primeiro computador (EUA)

1946

Computadores eletrônicos (EUA)

1953

Torre da Sears, Chicago 443 m (EUA)

1974

Computadores pessoais (EUA)

1980

Torre do Banco da China- Hong Kong - 315 m

1988

Guggenheim - Bilbao

1997

COLETÂNEA DO USO DO AÇO

10

2.1 - O que Você Quer?

Santiago Calatrava Tenerife Concert Hall Santa Cruz de Tenerife - Ilhas Canárias - Espanha - 1991

13 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

2.2 - O que Você Precisa?

Walter Gropius, Adolf Meyer e Eduard Werner Fábrica de formas de calçados Fagus Alfeld/Laine 1910/

15 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

2.2.1 - Vãos

2.2.2 - Cargas

O atendimento a um programa muitas vezes pede vãos especiais: para uma linha de montagem, prática de esportes, passagem de veículos ou equipamentos, salas de espetáculos. A relação entre vãos e custos não é linear. Vãos pequenos podem estar desprezando as potencialidades do material. Vãos grandes podem ser deformáveis e antieconômicos.

A avaliação de cargas sobre uma estrutura é um item de grande importância. Dela depende não só o dimensionamento de cada elemento do conjunto, mas também o sistema estrutural a ser adotado. Há uma série de cargas que atuam numa estrutura, sobre algumas temos a liberdade de esco- lha. Avaliá-las de acordo com as necessidades do projeto é um meio de otimizar custos.

Cargas permanentes

Sua avaliação é função dos materiais escolhidos:

• Peso próprio da estrutura - aço, concreto, madeira, etc.
• Vedações - alvenarias, painéis e caixilhos
• Acabamentos - pisos, enchimentos, forros e impermeabilizações
• Paisagismo - jardins sobre lajes
• Implantação - arrimos e contenções
• Coberturas - telhas e isolamentos
• Instalações - hidráulica, elétrica, acústica, equipamentos, etc.

Custos

Vão

16 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

2

Residências 150 kg/m

21 pessoas em 10 m^2 150 kg/m^2

42 pessoas em 10 m^2 300 kg/m^2

57 pessoas em 10 m^2 400 kg/m^2

28 pessoas em 10 m^2 200 kg/m^2

2

Escritórios 200 kg/m

2

Lojas e restaurantes 300 kg/m

2

Teatros e lojas 400 kg/m

Sobrecargas São aquelas que podem ou não agir sobre a estrutura, independente de nossa determinação. Assim serão as cargas de vento, variação de temperatura, recalques, e uma reserva de carga para atender eventuais manutenções, acúmulos de resíduos, etc. Cargas de recalque e temperatura dependem da condição local, e devem ser avaliadas com bases em dados e observações. Para a ação dos ventos as cargas são determinadas em função da localização da obra, altura e forma do edifício, utilização e aberturas, conforme NBR 6123.

Cargas dinâmicas

Dependem do uso e do tipo de estrutura. No caso de equipamentos, devem ser obtidas junto ao fornecedor. Para o caso de fluxo de veículos ou vibração, podem ser consideradas através de coeficientes de majoração sobre as cargas de utilização. Estruturas muito esbeltas, sujeitas à ação do vento, devem ser verificadas sob análise dinâmica. Ex.: áreas industriais com prensas, galpões com pontes-rolantes, pontes ferroviárias e rodoviárias, passarelas, etc.

18 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

19 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

2.3 - O que Você Pode?

Foster Associates (arq.) e Ove Arup and Partners (eng.) Sede de vendas da Renault Swindon-Wiltshire - Inglaterra