Estruturas de Edificações - Portal IDEA

1Estruturas de Edificações

Ching_01.indd 1Ching_01.indd 1 14/01/15 13:1314/01/15 13:13

2 Sistemas Estruturais Ilustrados

As edifi cações (ou seja, as construções relativamente

permanentes que construímos sobre um terreno para

fi ns habitáveis) se desenvolveram ao longo da história,

partindo de abrigos rudimentares feitos com galhos de

árvores, adobe e pedra até chegar às construções so-

fi sticadas atuais, construídas em concreto, aço e vidro.

No decorrer da evolução da tecnologia da construção,

algo que tem permanecido constante é a presença

permanente de algum tipo de sistema estrutural capaz

de suportar as forças da gravidade, do vento e, com

frequência, dos terremotos.

Os sistemas estruturais podem ser defi nidos como con-

juntos estáveis de elementos projetados e construídos

para agir como um todo no suporte e na transmissão

seguros de cargas aplicadas ao solo, sem exceder os

esforços permissíveis dos componentes. Ainda que as

formas e os materiais dos sistemas estruturais tenham

evoluído conforme os avanços tecnológicos e culturais,

sem falar nas lições aprendidas a partir dos inúmeros

colapsos estruturais, eles ainda são fundamentais para

a existência de todas as edifi cações, independentemen-

te de sua escala, contexto ou uso.

A breve retrospectiva histórica que segue ilustra o

desenvolvimento dos sistemas estruturais com o passar

do tempo, desde as primeiras tentativas de se atender

à necessidade humana fundamental de abrigo contra

o sol, o vento e a chuva, até chegar aos grandes vãos

estruturais, às grandes alturas e à complexidade cada

vez maior da arquitetura moderna.

O período neolítico teve início com o advento da agricul-

tura (cerca de 8.500 a.C.) e entrou na primeira Idade do

Bronze devido ao desenvolvimento das ferramentas de

metal (cerca de 3.500 a.C.). A prática de utilizar cavernas

como abrigo e moradia já existia há milênios e continuou

a se desenvolver como uma forma arquitetônica, variando

de extensões simples das cavernas naturais até templos

e igrejas escavados na rocha, bem como cidades inteiras

escavadas nas laterais das montanhas.

Era Neolítica: China, província do norte de Sha-

anxi. As habitações em cavernas permanecem

até hoje.

3.400 a.C.: Os sumérios inven-

tam o tijolo de barro cozido.

Idade do Bronze

6.500 a.C.: Mehrgarh (Paquistão).

Casas de adobe compartimentadas.

5.000 a.C.

7.500 a.C.: Catal Hüyük (Anató-

lia). Casas de adobe com pare-

des internas rebocadas.

5.000 a.C.: Banpo, China. Casas

em forma de cabana que usam pi-

lares grossos para sustentar suas

coberturas.

9.000 a.C.: Göbekli Tepe (Turquia). Os tem-

plos de pedra mais antigos do mundo.

ESTRUTURAS DE EDIFICAÇÕES


1 – Estruturas de Edifi cações 3

UMA RETROSPECTIVA HISTÓRICA

2.500 a.C. 1.000 a.C.

Ainda que as habitações em cavernas permaneçam

em várias formas e em diferentes partes do mundo,

a maioria da arquitetura é criada através da reunião

de materiais para defi nir os limites espaciais, além de

fornecer abrigo, acomodar atividades, celebrar eventos

e representar algo. As primeiras habitações consis-

tiam em estruturas rústicas de madeira com paredes

de adobe e coberturas de fi bras vegetais (sapé). Às

vezes, as casas eram escavadas no subsolo para se

obter aquecimento e proteção adicionais; em outras

ocasiões, as habitações eram elevadas sobre palafi tas

para melhorar a ventilação em climas quentes e úmidos

ou para serem construídas junto às margens de rios e

lagos. O uso da madeira pesada para a sustentação de

paredes e coberturas continuou a ser desenvolvido com

o passar do tempo e chegou a um estado de refi namen-

to principalmente na arquitetura da China, da Coreia e

do Japão.3.000 a.C.: Alvastra

(Escandinávia). Casas de

palafi ta.

2.500 a.C.: Grande Pirâmide de Quéops,

Egito. Até o século XIX, essa pirâmide de

pedra era a estrutura mais alta do mundo.

1.500 a.C.: Templo de Amon em Karnak, Egito. O

Salão Hipostilo é um perfeito exemplar de cons-

trução arquitravada em pedra (coluna e lintel).

3.000 a.C.: Os egípcios misturam pa-

lha com lama para reforçar o adobe.

1.500 a.C.: Os egípcios trabalham

com o vidro fundido.

1.350 a.C.: A dinastia Shang (China) de-

senvolve técnicas avançadas de fundição

de bronze.

Idade do Ferro

2.600 a.C.: Harappa e Mohenjo-daro, Vale do In-

dus, atualmente Paquistão e Índia. Tijolos cozidos

e falsos arcos.

Século XII a.C.: Arquitetura da Dinastia

Zhou. As mísulas salientes dos capitéis

ajudam a sustentar os beirais.

1.000 a.C.: Capadócia, Anatólia.

Escavações extensas formavam

casas, igrejas e monastérios.





500 a.C. 1 d.C.

Século V a.C.: Os chineses fun-

dem o ferro.

447 a.C.: Partenon, Atenas. O Templo de Atena Niké

é considerado um paradigma da ordem dórica.

Século IV a.C.: Os babilônios

e os assírios usam o betume

como argamassa de alvenaria

de tijolo e pedra.

Século IV a.C.: Os etruscos desenvol-

vem os arcos e as abóbadas de alve-

naria. Porta Pulchra, Perúgia, Itália.

Século III a.C.: Os romanos fazem

concreto com pozolana.

Século III a.C.: A Grande Estupa de Sanchi,

Índia. Monumento budista de pedra cinzelada.

200 a.C.: Índia. Numerosos exem-

plos das arquiteturas budista, jai-

nista e hindu escavados na rocha.

10 a.C.: Petra, Jordânia. Tú-

mulos do palácio parcialmen-

te escavados na rocha.

70 d.C.: Coliseu, Roma,

Itália. Anfi teatro de

concreto-massa e

alvenaria de tijolo

revestido de pedra.





800 d.C.

460 d.C.: Cavernas Yungang, China. Templos

budistas escavados em penhascos de arenito.

Século II d.C.: O papel é inventado na China.

125 d.C.: O Panteon, Roma, Itália.

Cúpula de concreto-massa com

caixotões, a maior do mundo até

o século XVIII.

Século III d.C.: Tikal, Guatemala. Cidade

maia com pirâmides e palácios de pedra.

752 d.C.: Todaiji, Nara, Japão. O templo budista

que é a maior construção de madeira do mundo. A

reconstrução atual tem dois terços do tamanho do

templo original.

Século VII d.C.: Arquitetura da dinastia Tang.

Estrutura de madeira resistente a terremo-

tos, com colunas, vigas, terças e uma diver-

sidade de mísulas salientes.

532-37 d.C.: Santa Sofi a, Istambul, Turquia. Cúpula central

sobre pendentes que permitem a transição da cúpula redonda

para a planta quadrada. O concreto foi usado na construção

das abóbadas e dos arcos dos pavimentos inferiores.




900 d.C.

1100: Chan Chan, Peru. Muros da cidadela

feitos de adobe revestido de estuque.

Século XV: Filippo Brunelleschi desenvol-

ve a teoria da perspectiva linear.

Sempre que havia pedras disponíveis, elas eram usadas

primeiramente para estabelecer barreiras de defesa,

mas serviam também como paredes portantes para

sustentar os componentes horizontais de madeira dos

pisos e coberturas. As abóbadas e as cúpulas de alve-

naria possibilitaram elevações mais altas e vãos maio-

res, enquanto o desenvolvimento dos arcos apontados,

das colunas fasciculadas e dos arcobotantes permitiu a

criação de estruturas de pedra mais leves, mais abertas

e independentes das vedações externas.

1170: O ferro fundido é produzido na

Europa.

1056: Pagode Sakyamuni, China. Pagode de

madeira mais antigo e edifi cação de madeira

mais alta do mundo, com 67,0 metros de altura.

1100: Lalibela, Etiópia. Conjunto

de igrejas monolíticas escavadas

na rocha.

1163-1250: Catedral de Notre Dame, Paris, França.

A estrutura de pedra aparelhada utiliza arcobotan-

tes de pedra externos para transmitir o empuxo

para baixo e para fora da cobertura e das abóbadas

para um contraforte.

Século XI: Igreja da Abadia de Saint Philibert,

Tournus, França. Colunas cilíndricas desadorna-

das com mais de 1,2 metro de espessura para

sustentar a nave central espaçosa e leve.




1400 d.C. 1600 d.C.

Início do século XVI: Os alto-fornos são

capazes de produzir grandes quantidades

de ferro fundido.

1506-1615: Basílica de São Pedro, Roma, Itália, Donato

Bramante, Michelangelo e Giacomo della Porta. Até

recentemente era a maior igreja já construída, cobrindo

uma área de 23 mil metros quadrados.

1687: Isaac Newton publica Princípios Matemáticos da Filosofi a Na-

tural, que descreve a gravitação universal e as três leis da dinâmica,

lançando as bases da mecânica clássica.

Já no início do século VI d.C., as principais arcadas de

Santa Sofi a, em Istambul, incorporaram barras de ferro

como tirantes. Durante a Idade Média e a Renascença,

o ferro foi usado em elementos tanto decorativos como

estruturais (como tarugos, grampos e tensores), para

reforçar as estruturas de alvenaria. Somente no século

XVIII, porém, os novos métodos de produção permitiram

a manufatura de ferro forjado e fundido em quantidades

sufi cientes para que fossem usados como materiais

estruturais nas estruturas em esqueleto de estações fer-

roviárias, mercados e outras edifi cações de uso público.

Das paredes e pilares de pedra maciça se passa para as

estruturas mais leves de ferro e aço.

Século XIII: Catedral de Florença, Itália. Filippo Brunelleschi projetou

a cúpula com duas cascas apoiada sobre um tambor, de forma a

permitir uma construção sem a necessidade de um cimbre apoiado

no chão.

1638: Galileu publica seu primeiro livro, Os Discursos e as Demons-

trações Matemáticas Relacionados a Duas Novas Ciências, sendo

que as duas ciências em questão se referem à resistência dos mate-

riais e à dinâmica dos objetos.




1700 1800

Final do século XVIII e início do século XIX: A Re-

volução Industrial provoca mudanças signifi cativas

na agricultura, na manufatura e no transporte,

alterando o ambiente socioeconômico e cultural da

Grã-Bretanha e outras regiões do mundo.

1801: Thomas Young estuda

a elasticidade e dá seu nome

ao módulo de elasticidade.

1779: Bry Higgins patenteia o cimento hi-

dráulico para uso em rebocos externos.

1738: Daniel Bernoulli associa a

velocidade e a pressão dos fl uidos.

1778: Joseph Bramah patenteia

uma bacia sanitária prática.

1735: Charles Maria de la Condamine

descobre a borracha na América do Sul.

1711: Abraham Darby produz um ferro de alta

qualidade fundido com coque e moldado em areia.

A calefação central foi adotada de maneira generalizada

no início do século XIX, quando a Revolução Industrial

resultou no aumento das edifi cações usadas para fi ns in-

dustriais, residenciais e de serviços.

1777-1779: Ponte de Ferro de Coal-

brookdale, Inglaterra. T. M. Pritchard.

1797: Tecelagem de linho Ditherington, Shrews-

bury, Inglaterra, William Strutt. A edifi cação com

estrutura de aço mais antiga do mundo, com

estrutura independente de pilares e vigas de

ferro fundido.

1653: Taj Mahal, Agra, Índia. Mausoléu de mármore com cúpula

branca jônica, construído em memória de Mumtaz Mahai, esposa

do Imperador mogol, o Xá Jahan.




1860

1824: Joseph Aspdin paten-

teia a manufatura do cimento

Portland.

1827: George Ohm formula sua lei que

relaciona a corrente, a voltagem e a

resistência.

Há evidências de que os chineses usaram uma mistura

de cal e cinzas vulcânicas para construir as pirâmides

de Shaanxi há milhares de anos, mas foram os romanos

que desenvolveram o concreto hidráulico com uma

cinza vulcânica (pozolana) semelhante ao concreto

moderno feito com cimento Portland. A formulação

do cimento Portland por Joseph Aspdin em 1824 e a

invenção do concreto armado, atribuída a Joseph-Louis

Lambot em 1848, estimularam o uso do concreto em

estruturas arquitetônicas.

1853: Elisha Otis introduz o elevador de

segurança para evitar a queda da cabina

em caso de rompimento do cabo. O pri-

meiro elevador Otis foi instalado em Nova

York em 1857.

1850: Henry Waterman inventa o elevador.

1867: Joseph Monier pa-

tenteia o concreto armado.

1855: Alexander Parkes patenteia

o celulóide, o primeiro material de

plástico sintético.

1851: Palácio de Cristal, Hyde Park,

Londres, Inglaterra, John Paxton.

Unidades pré-fabricadas de ferro for-

jado e vidro foram usadas para criar

um espaço de exposições com mais

de 90 mil metros quadrados.

1868: Estação Saint Pancras, Londres, Inglaterra, William

Barlow. Arcos treliçados com tirantes abaixo do pavimento

térreo para resistir ao empuxo para fora.

A manufatura de aço moderna teve início em 1856, quando

Henry Bessemer descreveu um processo relativamente barato

para a produção do aço em larga escala.




1875 1900

1896: Pavilhão da Rotunda, Exposição Industrial e Artística de Toda a

Rússia, Nizhny Novgorod, Vladimir Shukhov. A primeira estrutura ten-

sionada em malhas de cabo de aço do mundo.

1881: Charles Louis Strobel padroniza os per-

fi s laminados de ferro forjado e os vínculos

rebitados.

1889: Torre Eiffel, Paris, França, Gustave Eiffel.

A torre substituiu o Monumento a Washington

como a estrutura mais alta do mundo – título que

reteve até a construção do Edifício Chrysler em

Nova York, no ano de 1930.

1884: Edifício Home Insurance, Chicago,

Estados Unidos, William Le Baron Jenney.

A estrutura de aço e ferro fundido com

10 pavimentos sustenta a maior parte do

peso dos pisos e das paredes externas.

1898: Piscina Coberta Pública, Gebweiler,

França, Eduard Züblin. Estrutura abobadada

de concreto armado que consiste em cinco

pórticos indeformáveis com cascas fi nas

conectando cada pórtico.




1940

1919: Walter Gropius

funda a Bauhaus.

1928: Eugène Freyssinet inven-

ta o concreto protendido.

1903: Alexander Graham Bell faz experimentos com as formas

estruturais espaciais, levando ao desenvolvimento posterior das

treliças espaciais por Buckminster Fuller, Max Mengeringhausen e

Konrad Wachsmann.

1913: Jahrhunderthalle (Salão do Centenário), Breslau, Alemanha, Max Berg.

Estrutura de concreto armado, incluindo uma cúpula com 65 metros de diâ-

metro, que infl uenciou o uso do concreto no fechamento de grandes espaços

para uso público.

1922: Planetário, Jena, Alemanha, Walter

Bauerfeld. Primeira cúpula geodésica con-

temporânea, derivada de um icosaedro.

1931: Edifício Empire State, Nova York, Estados

Unidos, Shreve, Lamb e Harmon. O edifício mais

alto do mundo até 1972.

1903: Edifício Ingalls, Cincinnati,

Ohio, Estados Unidos, Elzner &

Anderson. Primeiro arranha-céu

de concreto armado.

443 m

Com o advento dos aços aperfei-

çoados e das técnicas de análise de

esforços computadorizadas, as estru-

turas de aço se tornaram mais leves

e seus vínculos mais complexos,

permitindo uma grande variedade de

formatos estruturais.




1955: Desenvolve-se o uso comercial de compu-

tadores.

1973: A elevação dos preços do petróleo estimula a

pesquisa de fontes alternativas de energia, fazendo

com que a conservação de energia se torne um elemen-

to importantíssimo para o projeto de arquitetura.

1950 1975

1972: Arena Olímpica de Natação, Munique, Alemanha, Frei Otto. Os

cabos de aço foram combinados com membranas de lona para criar

uma estrutura extremamente leve, capaz de vencer grandes vãos.

1943-59: Museu Guggenheim, Nova York, Estados Unidos, Frank Lloyd Wright.

1961: Arena Olímpica, Tóquio, Japão, Kenzo Tan-

ge. A maior estrutura de cobertura suspensa do

mundo na época da construção; seus cabos de

aço são suspensos por dois pilares de concreto

armado.

1960: Palazzo dello Sport (Palácio do Esporte), Roma, Itália,

Pier Luigi Nervi. Cúpula de concreto armado nervurada com

100 metros de diâmetro, construída para os Jogos Olímpicos

de Verão de 1960.




750 m

600 m

450 m

300 m

150 m

1998: Torres Petronas, Kuala Lumpur, Malásia,

Cesar Pelli. Os edifícios mais altos do mundo até a

construção do Taipei 101, em 2004.

2004: Taipei 101, Taiwan, C. Y. Lee & Partners.

Um edifício com estrutura de concreto e aço

que utiliza um atenuador

dinâmico de massa

sintonizado.

Início em 2004: Burj Dubai, Emirados Árabes

Unidos, Adrian Smith & SOM. É atualmente o

edifício mais alto do mundo.

2000

1973: Casa de Ópera de Sydney, Austrália, Jørn Utzon. Suas famosas cascas de coberturas consistem em ner-

vuras de concreto pré-fabricadas e solidarizadas por uma capa de concreto moldado in loco.



ESTRUTURAS ARQUITETÔNICAS

A retrospectiva histórica apresentada nos dá uma ideia

não apenas da evolução dos sistemas estruturais, mas

da importância que eles tiveram, e continuam a ter,

para o projeto de arquitetura. A arquitetura engloba

qualidades estéticas inefáveis, porém sensíveis, que

resultam da união do espaço, da forma e da estrutura.

Ao fornecer a sustentação para outros sistemas de uma

edifi cação e para nossas atividades, um sistema estru-

tural viabiliza o formato e a forma de uma edifi cação e

de seus espaços – assim como nosso esqueleto dá for-

ma ao nosso corpo e sustenta nossos órgãos e tecidos.

Logo, quando falamos de estruturas arquitetônicas,

estamos nos referindo aos elementos que se unem com

a forma e com o espaço de maneira coerente.

Portanto, o projeto de uma estrutura arquitetônica

envolve mais do que o dimensionamento adequado de

qualquer elemento ou componente único, ou mesmo

o projeto de qualquer vínculo estrutural específi co.

Não se trata simplesmente de equilibrar e solucionar

os esforços. Pelo contrário: exige-se a maneira pela

qual a confi guração e a escala geral dos elementos

estruturais, dos vínculos e das conexões encapsulam

uma ideia arquitetônica, reforçam a forma estrutural e

a composição espacial de um projeto proposto, e per-

mitem sua construtibilidade. Isso, então, demanda uma

compreensão da estrutura como um sistema de partes

interconectadas e inter-relacionadas, e um entendimen-

to dos tipos genéricos de sistemas estruturais, além

da análise da capacidade de certos tipos de elementos

estruturais e de seus vínculos.

Corte

Planta baixa do

pavimento térreo

Esquema da estruturaO terreno e o contexto

Edifício do Parlamento, Chandigarh, Índia, 1951-63, Le Corbusier.




Para que possamos compreender o impacto dos siste-

mas estruturais no projeto de arquitetura, devemos ter

ciência de como eles se relacionam com o conceito,

com a experiência e com o contexto da edifi cação.

• A composição formal e espacial.

• A defi nição, a escala e as proporções dos volumes e

dos espaços.

• As características das confi gurações, formas,

espaços, luz, cor, textura e padrões.

• A organização das atividades humanas conforme sua

escala e dimensão.

• O zoneamento funcional dos espaços de acordo com

a atividade-fi m e o uso.

• A acessibilidade e as rotas de circulação horizontais

e verticais dentro da edifi cação.

• A consideração das edifi cações como componentes

integrais dentro do ambiente natural e construído.

• As características sensoriais e culturais do lugar.

As próximas seções deste capítulo descrevem em

linhas gerais os principais aspectos dos sistemas es-

truturais que sustentam, reforçam e, em última análise,

dão forma a uma ideia de arquitetura.

Iluminação natural

Diagrama compositivo

Estrutura de sustentação da organização espacial Estrutura de sustentação da ideia formal




Intenção formalO sistema estrutural pode se relacionar ao projeto

arquitetônico de três maneiras fundamentais. Essas

estratégias fundamentais são:

• Exposição da estrutura

• Ocultação da estrutura

• Destaque da estrutura

Exposição da estruturaHistoricamente, os sistemas com paredes portantes

de alvenaria de pedra e tijolo dominaram a arquitetura

até o advento da construção em ferro e aço, no fi nal

do século XVIII. Esses sistemas estruturais também

funcionavam como os principais sistemas de vedação

externa, e, consequentemente, expressavam a forma da

arquitetura – em geral, de maneira objetiva e direta.

As modifi cações formais que eram feitas geralmente

resultavam da modelagem ou do entalhe do material

estrutural, de maneira a criar elementos por adição,

vazios por subtração ou relevos no interior da massa da

estrutura.

Até na era moderna há exemplos de edifi cações que

exibem seus sistemas estruturais (sejam eles de ma-

deira, aço ou concreto) e os utilizam de maneira efi caz

como os principais “criadores” da forma arquitetônica.

Planta baixa

Igreja de São Sérgio e São Baco, Istambul, Turquia,

527-36 a.C.. Os otomanos converteram essa igreja

ortodoxa oriental em uma mesquita. Essa igreja inclui

uma planta com cúpula centralizada, e muitos acredi-

tam que tenha servido como modelo para Santa Sofi a.

Corte

Centro Le Corbusier / Pavilhão Heidi Weber, Zurique, Suíça, 1965,

Le Corbusier. Uma estrutura de aço em forma de guarda-sol paira

sobre uma estrutura independente de aço modulada, com late-

rais compostas por painéis e vidros de aço esmaltado.




Ocultação da estruturaNessa estratégia, o sistema estrutural é ocultado ou obs-

curecido pelo revestimento externo e pela cobertura da

edifi cação. Algumas razões para a ocultação da estrutura

são práticas (como o revestimento dos elementos estru-

turais para torná-los resistentes ao fogo) ou contextuais

(quando a forma externa desejada difere das necessida-

des espaciais internas). No último caso, a estrutura pode

organizar os espaços internos, enquanto a forma da pele

externa responde ao terreno ou a outros condicionantes.

O projetista talvez opte pela liberdade de expressão

quando se trata da pele, sem considerar como o sis-

tema estrutural possa ajudar ou afetar as decisões

formais. Por outro lado, o sistema estrutural pode ser

obscurecido por pura negligência, e não de maneira in-

tencional. Em ambos os casos, surgem questões legíti-

mas sobre o projeto, pois não se sabe se ele resulta de

uma intenção, se é acidental, proposital ou, em último

caso, se decorre da falta de cuidado.

Orquestra Filarmônica, Berlim, Alemanha, 1960-63,

Hans Scharoun. Um exemplo do movimento expres-

sionista, essa sala de concertos tem uma estrutura

assimétrica com cobertura de concreto semelhante

a uma tenda e um palco centralizado em relação às

arquibancadas. Sua aparência externa é subordinada às

exigências acústicas e funcionais da sala de concertos.

Museu Guggenheim, Bilbao, Espanha, 1991-97, Frank

Gehry. Uma novidade quando concluído, esse museu de

arte contemporânea é famoso por suas formas escultóri-

cas revestidas de chapas de titânio. Ainda que seja difícil

compreendê-lo nos termos da arquitetura tradicional, a

defi nição e a construtibilidade das formas aparentemente

aleatórias se tornaram possíveis devido ao uso dos apli-

cativos CATIA, uma suíte integrada do CAD (Computer

Aided Design, ou Projeto Assistido por Computador), CAE

(Computer Aided Engineering, ou Engenharia Assistida

por Computador) e CAM (Computer Aided Manufacturing,

ou Manufatura Assistida por Computador).

Planta baixa do nível inferior

Corte




Destaque da estrutura

Em vez de fi car meramente exposto, o sistema estrutu-

ral pode ser explorado como uma característica do pro-

jeto, celebrando a forma e a materialidade da estrutura.

O aspecto geralmente exuberante das estruturas em

casca e membrana faz com que elas sejam as candida-

tas mais adequadas para essa categoria.

Também existem estruturas que dominam pela força

pura utilizada para expressar a maneira como lidam

com os esforços que agem sobre elas. Esses tipos de

estruturas geralmente se tornam ícones devido à sua

imagem impressionante. Dentre os exemplos, desta-

cam-se a Torre Eiffel e a Ópera de Sidney.

Para determinar se uma edifi cação tira partido ou não

de sua estrutura, precisamos diferenciar com cuidado

a expressão estrutural das formas expressivas que não

são realmente estruturais, mas apenas aparentam ser.

Los Manantiales, Xochimilco, México, 1958, Félix

Candela. A estrutura de concreto em casca é for-

mada por uma série de paraboloides hiperbólicos,

interseccionados numa planta baixa radial.

Capela da Academia da Força Aérea, Colorado Springs,

Colorado, Estados Unidos, 1956-62, Walter Netsch/

Skidmore, Owings e Merril. A estrutura ascendente,

composta por 100 tetraedros idênticos, desenvolve a

estabilidade através da triangulação das unidades estru-

turais individuais, além dos volumes triangulares.




Terminal Principal, Aeroporto Internacional Dulles, Chantilly,

Virgínia, Estados Unidos, 1958-62, Eero Saarinen. Cabos em

catenária, suspensos entre duas longas colunatas inclinadas

para fora e com colunas de seção variável, sustentam uma

bela casca de concreto curva que nos remete à ideia de voar.

Banco HSBC, Hong Kong, China, 1979-85, Norman Foster. Oito

grupos de quatro colunas de aço revestidas de alumínio se

erguem e sustentam cinco megatreliças planas em forma de

cabide, às quais estão atirantadas as lajes de piso de todos os

pavimentos.

Planta baixa parcialElevação e planta baixa esquemática da estrutura




Composição espacialA forma de um sistema estrutural e o padrão de seus ele-

mentos de transferência de cargas e cobertura podem se

relacionar com o leiaute espacial e com a composição do

projeto de duas maneiras fundamentais. A primeira trata

da correspondência entre a forma do sistema estrutural e

a forma da composição espacial. A segunda consiste num

encaixe menos rígido, no qual a forma e o padrão estruturais

permitem mais liberdade ou fl exibilidade no leiaute espacial.

CorrespondênciaQuando há uma correspondência entre a forma estrutural e a

composição espacial, o padrão dos sistemas de transferên-

cia de cargas e cobertura talvez determine a disposição dos

espaços no interior de uma edifi cação, ou o leiaute espacial

talvez sugira um tipo específi co de sistema estrutural. O que

vem primeiro no processo de elaboração do projeto?

Em casos ideais, consideramos que tanto o espaço como a

estrutura determinam a forma arquitetônica. No entanto,

a composição dos espaços conforme as necessidades e os

desejos costuma preceder a refl exão referente à estrutura.

Por outro lado, às vezes a forma estrutural pode ser a força

motriz do processo de elaboração do projeto.

De qualquer maneira, os sistemas estruturais que determi-

nam um padrão espacial com tamanhos e dimensões espe-

cífi cos, ou mesmo um padrão de uso, talvez não viabilizem

a fl exibilidade necessária para usos ou adaptações futuros.

Diagramas estruturais e espaciais na planta baixa e no corte. Casa do Fascismo, Como, Itália, 1932-35, Giuseppe Terragni.




ContrasteSempre que há uma falta de correspondência entre a

forma estrutural e a composição espacial, qualquer um

dos fatores pode ser o dominante. A estrutura talvez seja

grande o bastante para proteger ou abarcar uma série de

espaços dentro de seu volume, ou a composição espacial

talvez domine uma estrutura internalizada. Um sistema

estrutural irregular ou assimétrico é capaz de criar uma

vedação externa para uma composição espacial mais regu-

lar; por outro lado, uma grelha estrutural talvez forneça um

conjunto ou uma rede uniforme de pontos contra os quais

uma composição espacial mais livre pode ser calibrada ou

contrastada.

Uma distinção entre o espaço e a estrutura talvez seja

necessária para fazer com que o leiaute seja fl exível, para

permitir o crescimento e a ampliação, para tornar visível a

identidade dos diferentes sistemas e instalações da edifi -

cação, ou para expressar as diferenças entre as necessida-

des, os desejos e as relações internas e externas.

Sala Sinopoli, Parque da Música, Roma, Itália, 1994-2002,

Renzo Piano. Uma estrutura secundária sustenta a cober-

tura revestida de folhas de chumbo e projetada de forma a

reduzir o ingresso de ruídos externos no auditório, enquan-

to a estrutura principal sustenta as superfícies internas em

cerejeira, que podem ser reguladas para melhorar o desem-

penho acústico do espaço.



SISTEMAS ESTRUTURAIS

Os sistemas podem ser defi nidos como um conjunto

de partes inter-relacionadas ou interdependentes que

formam um todo mais complexo e unifi cado, servindo a

um fi m comum. As edifi cações podem ser vistas como

uma materialização de vários sistemas e subsistemas

que precisam, necessariamente, estar relacionados, co-

ordenados e integrados entre si, e também com a forma

dimensional e com a organização espacial do prédio

como um todo.

O sistema estrutural de uma edifi cação, em particu-

lar, é formado por um conjunto estável de elementos

estruturais, projetados e construídos para sustentar e

transmitir as cargas impostas até o solo de maneira

segura, sem exceder os esforços permissíveis de seus

elementos. Cada elemento estrutural possui caracterís-

ticas únicas e se comporta de maneira única sob cargas

impostas. Contudo, antes que os elementos e compo-

nentes estruturais possam ser isolados para fi ns de es-

tudo e resolução, é importante que o projetista entenda

como o sistema estrutural acomoda e sustenta, de

maneira holística, as formas, os espaços e as relações

programáticas e contextuais do projeto arquitetônico.

Independentemente do tamanho e da escala da edifi -

cação, seu sistema estrutural contém sistemas físicos

de estrutura e vedação que defi nem e organizam suas

formas e espaços. Esses elementos, por sua vez, podem

ser divididos em subestrutura e superestrutura.

SubestruturaA subestrutura é a divisão inferior de uma edifi cação

(suas fundações), construída parcial ou completamen-

te abaixo da superfície do solo. Sua função primária

consiste em sustentar e ancorar a superestrutura, além

de transmitir suas cargas para o solo com segurança.

Uma vez que funciona como um vínculo crítico para a

distribuição e a resolução das cargas da edifi cação, o

sistema de fundações (mesmo que, em geral, não fi que

à vista) deve ser projetado para acomodar a forma e o

leiaute da superestrutura, e também para responder

às condições variáveis do solo, das rochas e da água

subterrâneas.

As principais cargas impostas sobre a fundação con-

sistem numa combinação das cargas mortas (peso

próprio) e das cargas acidentais (ou de serviço), que

agem verticalmente sobre a superestrutura. Além disso,

o sistema de fundação deve ancorar a superestrutura

contra oscilações provocadas pelo vento, tombamento

e pressões ascendentes ou sucção do vento suportar

movimentos súbitos do solo em caso de terremoto e de

resistir à pressão imposta pela água do lençol freático e

pela massa do solo lateral sobre as paredes do subsolo.

Em alguns casos, o sistema de fundação precisa resistir

também ao empuxo das estruturas tensionadas ou com

arcos.

Solo ou rochas de sustentação

Su

pe

rest

rutu

raS

ub

est

rutu

ra




O terreno e o contexto de uma edifi cação infl uenciam o tipo de

subestrutura selecionada e, consequentemente, o padrão espacial

projetado.

• Relação com a superestrutura: O tipo e o padrão dos elementos

de fundação exigidos infl uenciam, ou até determinam, o leiaute

dos apoios da superestrutura. Para a efi ciência estrutural,

sempre que possível é preciso manter a continuidade vertical

na transmissão de cargas.

• Tipo de solo: A integridade da estrutura de uma edifi cação

depende, em última análise, da estabilidade e da resistência

sob carregamento do solo ou rocha sob a edifi cação. A

capacidade de carregamento do solo ou rocha pode, portanto,

limitar o dimensionamento de uma edifi cação ou exigir

fundações mais profundas.

• Relação com a topografi a: As características topográfi cas

de um terreno possuem implicações e consequências tanto

ecológicas como estruturais, exigindo que todas as implantações

considerem os padrões de escoamento naturais, as condições

que podem acarretar o alagamento, a erosão ou o recalque, e as

providências a serem tomadas para a proteção do hábitat.

Fundações superficiaisAs fundações superfi ciais são usadas sempre que um solo estável

e com capacidade de carregamento adequada estiver relativa-

mente perto da superfície. Elas são colocadas diretamente sob a

parte mais baixa de uma subestrutura, e transferem as cargas da

edifi cação diretamente para o solo de apoio, por meio da pressão

vertical. As fundações superfi ciais podem assumir uma das for-

mas geométricas a seguir:

• Pontuais: sapatas

• Em linha: muros de arrimo e sapatas corridas

• Planas: radiers – lajes de concreto espessas e extremamente

armadas, que atuam como uma única sapata monolítica para

vários pilares ou uma edifi cação inteira – são usados sempre

que a capacidade de carregamento permissível de um solo de

fundação é baixa em relação às cargas da edifi cação, e quando

as sapatas dos pilares internos se tornam tão grandes que é

mais econômico fundi-las numa laje única. Os radiers podem ser

enrijecidos por meio de uma grelha de nervuras, vigas ou paredes.

Fundações profundasAs fundações profundas são formadas por tubulões ou estacas

cravadas que descem em um solo inadequado para transferir as

cargas da edifi cação até um estrato rochoso com capacidade de

carregamento mais adequada, ou areias densas e pedras bem

abaixo da superestrutura.

O tamanho de uma sapata é

determinado por sua carga e pela

capacidade de carregamento do

solo de apoio.

Sapatas

Radiers

Sapatas corridas

Fundações profundas

Apoio direto

Fric

ção

do s

olo




SuperestruturaA superestrutura, ou o comprimento vertical da edifi cação

acima das fundações, é formada pelas vedações externas

e pela estrutura interna que defi ne a forma da edifi cação,

bem como por seu leiaute e sua composição espaciais.

PeleA pele ou vedação externa de uma edifi cação (composta

pela cobertura e pelas paredes externas, janelas e portas)

fornece proteção e abrigo para os espaços internos da

edifi cação.

• A cobertura e as paredes externas protegem os espaços

internos contra os rigores do clima, e também controlam

a umidade, o calor e o fl uxo de ar através das diversas

camadas de uma construção.

• As paredes externas e a cobertura também reduzem os

ruídos e proporcionam segurança e privacidade para os

usuários da edifi cação.

• As portas possibilitam o acesso físico.

• As janelas fornecem o acesso da luz, do ar e das vistas.

EstruturaO sistema estrutural é necessário para sustentar a pele da

edifi cação, bem como seus pisos internos e paredes exter-

nas e internas; além disso, transfere as cargas impostas

para a subestrutura.

• Os pilares, as vigas e as paredes portantes sustentam as

estruturas do piso e do telhado.

• As estruturas de piso são as bases planas e niveladas

do espaço interno que sustentam nossas atividades

internas e o mobiliário.

• As paredes estruturais internas e as paredes internas

não portantes subdividem o interior da edifi cação em

unidades espaciais (cômodos).

• Os elementos que resistem aos esforços laterais são

lançados para fornecer estabilidade lateral.

No processo de construção, a superestrutura se eleva

a partir da subestrutura, seguindo o mesmo caminho

utilizado para transmitir suas cargas.




A intenção formal de um projeto de arquitetura pode

ser sugerida ou determinada pelo terreno e pelo con-

texto, pelo programa e pela função, ou pelos objetivos e

pelo signifi cado. Além de considerar as opções formais

e espaciais, também devemos contemplar nossas

opções estruturais (a palheta de materiais, os tipos de

apoios e elementos horizontais, e os sistemas de re-

sistência aos esforços laterais). Essas escolhas são ca-

pazes de infl uenciar, sustentar e reforçar as dimensões

formais e espaciais de um projeto.

• Tipo de sistema estrutural

• Leiaute e padrão dos apoios

• Vãos vencidos e proporções

• Tipos de sistemas de vencimento de vãos

• Sistemas de travamento lateral (contraventamento)

• Palheta de materiais estruturais

Numa etapa posterior do processo de elaboração do

projeto, também será preciso investigar a forma e a

dimensão dos componentes estruturais, além dos deta-

lhes das conexões. Porém, as decisões de larga escala

supracitadas vêm em primeiro lugar, uma vez que deter-

minam a direção e estabelecem os parâmetros para o

desenvolvimento do projeto e dos detalhes.




Tipos de sistemas estruturaisConsiderando uma atitude específi ca em relação à função

expressiva do sistema estrutural e da composição espacial

desejada, é possível fazer escolhas adequadas para um

sistema estrutural desde que entendamos os atributos

formais que os vários sistemas desenvolvem ao responder

aos esforços impostos e ao redirecionar essas solicitações

para suas fundações.

• As estruturas de massa ativa redirecionam as forças

externas principalmente através do volume e da

continuidade do material, como vigas e pilares.

• As estruturas de vetor ativo redirecionam as forças

externas principalmente através da composição dos

elementos de tração e compressão, como uma treliça.

• As proporções dos elementos estruturais (como paredes

portantes, lajes de piso e de cobertura, abóbadas e

cúpulas) nos fornecem evidências visuais de suas

funções dentro do sistema estrutural, bem como da

natureza de seu material. Uma parede de alvenaria, que

é resistente à compressão, mas relativamente fraca

em termos de fl exão, será mais espessa do que uma

parede de concreto armado exercendo a mesma função.

Um pilar de aço é mais fi no do que um pilar de madeira

suportando a mesma carga. Uma laje de concreto

armado de 10,0 centímetros, por exemplo, vencerá um

vão superior ao vencido por um tablado de madeira com

a mesma espessura.

• As estruturas de superfície ativa redirecionam as forças

externas principalmente ao longo da continuidade de uma

superfície, como uma estrutura em lâmina ou casca.

• As estruturas de forma ativa redirecionam as forças

externas principalmente através da forma de

seu material, como um sistema em arco ou cabo.

• Para fi ns de estabilidade, as estruturas dependem

menos do peso e da rigidez dos materiais, e mais de sua

geometria, como ocorre com as estruturas em membrana

e as treliças espaciais. Nesse caso, os elementos fi carão

cada vez mais fi nos até perder sua capacidade de gerar a

escala e a dimensão de um espaço.




Análise e projeto da estruturaAntes de se passar para a discussão do projeto da estru-

tura, talvez seja útil estabelecer uma distinção entre o

projeto estrutural e a análise estrutural. A análise estru-

tural busca determinar a capacidade de uma estrutura,

ou qualquer dos elementos que a constituem, sejam eles

existentes ou pressupostos, de transmitir com segurança

um determinado conjunto de cargas sem sobrecarregar

os materiais ou provocar deformações excessivas, consi-

derando o arranjo, o formato e as dimensões dos elemen-

tos, os tipos de vínculos e apoios utilizados e os esforços

permissíveis dos materiais utilizados. Em outras palavras,

a análise estrutural ocorre somente com uma estrutura

específi ca e com certas condições de carregamento.

O projeto de estruturas, por outro lado, se refere ao

processo de distribuir, conectar, dimensionar e propor-

cionar os elementos de um sistema estrutural, de forma

a transferir com segurança um determinado conjunto

de cargas sem exceder os esforços permissíveis dos

materiais utilizados. Similarmente a outras atividades

de projeto, o projeto da estrutura deve operar num am-

biente de incertezas, ambiguidades e arredondamentos.

Ele é a busca por um sistema estrutural que atenda à

demanda das cargas, mas que também aborde o projeto

arquitetônico, de urbanismo e as questões do programa

de necessidades em questão.

O primeiro passo no processo de projeto da estrutura

talvez seja estimulado pela natureza do projeto arquite-

tônico, pelo terreno e pelo contexto, ou pela disponibili-

dade de determinados materiais.

• A ideia por trás do projeto de arquitetura talvez gere

um tipo específi co de confi guração ou padrão.

• O terreno e o contexto podem sugerir um

determinado tipo de resposta estrutural.

• Os materiais estruturais talvez sejam determinados

pelas exigências impostas pelo código de obras, pelo

fornecimento dos materiais, pela disponibilidade de

mão de obra ou pelos custos.

Assim que o tipo de sistema estrutural, sua confi gu-

ração ou padrão e a palheta de materiais estruturais

forem projetados, o processo de projeto poderá passar

para o dimensionamento e para a proporção dos víncu-

los e dos elementos individuais, além dos detalhes das

conexões.

• Por questões de clareza, os elementos que resistem

aos esforços laterais foram omitidos. Veja o Capítulo

5 para os sistemas e estratégias de resistência aos

esforços laterais.

Projeto de estruturas

Análise estrutural

O projeto de estruturas e a construção

da edifi cação geralmente operam do solo

para cima, enquanto a análise estrutural é

feita de cima para baixo.




Detalhamento das conexõesA maneira como as forças são transferidas de um ele-

mento estrutural para outro e como o sistema estrutural

funciona como um todo dependem, em grande parte, dos

tipos de vínculos e conexões utilizados. Há três maneiras

de conectar os elementos estruturais entre si.

• As juntas de topo permitem que um dos elementos

seja contínuo, e, em geral, exigem um terceiro

elemento mediador para fazer a conexão.

• As juntas sobrepostas permitem que todos os

elementos conectados passem uns pelos outros e

atuem de maneira contínua ao longo da junta.

• Os elementos de conexão também podem ser

moldados ou confi gurados de maneira a formar uma

conexão estrutural.

Também é possível categorizar as conexões estruturais

conforme uma base geométrica.

• Pontuais: conexões parafusadas

• Em linha: conexões soldadas

• Planas: conexões coladas

Existem três tipos fundamentais de conexões estruturais.

• As juntas de pino permitem a rotação, mas resistem

à translação em qualquer direção.

• As juntas articuladas com roletes permitem a

rotação, mas resistem à translação numa direção

perpendicular para dentro ou em direção contrária à

sua face.

• As juntas rígidas mantêm a relação regular entre

os elementos conectados, impedem a rotação e a

translação em qualquer direção e fornecem tanto

força como resistência a momentos fl etores.

• Os suportes em cabo, ou ancoragens, permitem a

translação, mas resistem à translação somente na

direção do cabo.

Juntas de

topo

Juntas sobrepostas Juntas de encaixe

Pontuais: conexões para-

fusadas

Em linha: conexões sol-

dadas

Planas: conexões coladas

Juntas de pino Juntas articuladas com

roletes

Juntas rígidas

Ancoragem com cabos e suportes



PLANEJAMENTO ESTRUTURAL

No processo de projeto, costumamos pensar primeiro

no padrão holístico mais amplo antes de considerar as

unidades estruturais elementares que compõem o todo

maior. Portanto, quando estabelecemos estratégias

para desenvolver a planta baixa estrutural de uma

edifi cação, é preciso considerar tanto a natureza da

composição arquitetônica como o tipo e a confi guração

dos elementos estruturais. Isso leva a uma série de

questões fundamentais:

Projeto da edificação• Existe uma forma geral obrigatória ou a composição

arquitetônica é formada por partes articuladas? Em

caso positivo, essas partes devem ser ordenadas de

maneira hierárquica?

• Os principais elementos arquitetônicos são planos ou

lineares por natureza?

Programa de necessidades• Há relações obrigatórias entre a escala desejável e

a proporção dos espaços do programa, a capacidade

de vencimento de vãos do sistema estrutural e o

leiaute resultante e os espaçamentos dos apoios?

• Há alguma razão espacial que justifi que o uso de

sistemas horizontais unidirecionais ou bidirecionais?

Integração das instalações• Como é possível integrar os sistemas mecânicos e as

demais instalações do prédio ao sistema estrutural?

Exigências dos códigos de obras• Quais são as exigências dos códigos de obras para o

uso previsto, a ocupação e a escala da edifi cação?

• Quais são os tipos de construção e materiais de

construção necessários?

Viabilidade econômica• Como a disponibilidade de materiais, os processos

de fabricação, as exigências de transporte, as

exigências de mão de obra e equipamentos e o

tempo de execução infl uenciam a escolha do sistema

estrutural?

• É necessário prever a ampliação e a expansão, seja

horizontal ou verticalmente?



PLANEJAMENTO ESTRUTURAL

Condicionantes legaisExiste uma relação regulamentada entre o tamanho

(altura e área) da edifi cação e o uso previsto, o nível de

ocupação e o tipo de construção. A compreensão da

escala projetada para a edifi cação é importante, já que

o tamanho da edifi cação está associado ao tipo de sis-

tema estrutural necessário e aos materiais que podem

ser usados na estrutura e na construção.

Regulamentos municipais de ocupação dos

terrenosOs regulamentos municipais de ocupação de terrenos

delimitam o volume permitido (altura e área) e o formato

da edifi cação com base em sua localização no município

e sua posição dentro do terreno, geralmente mediante a

especifi cação de vários aspectos do dimensionamento.

• A parcela do solo que pode ser coberta por

uma estrutura e a área de piso total que pode

ser construída costumam ser expressas como

percentuais da área do terreno.

• A largura e a profundidade máximas de uma

edifi cação podem ser expressas como percentuais

das dimensões do terreno.

• Os regulamentos municipais também podem

especifi car a altura do prédio para uma área específi ca,

de forma a garantir a luz, o ar e o espaço adequados,

além de melhorar o ambiente urbano e para os

pedestres.

O tamanho e a forma da edifi cação também são con-

trolados indiretamente através da especifi cação das

distâncias obrigatórias mínimas entre a edifi cação e as

divisas do terreno, fornecendo ar, luz, acesso solar e

privacidade.

• Divisas

• Recuos frontal, lateral e de fundos

Uso e ocupação

Tipo de construção

Altura e área da edifi cação


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