Relatório N2 - Turma NA6
Primeira apresentação (10/06/2014) - Grupo 3
Ancelmo Andrello RA: 20395006
Beatriz S. Galvão RA: 20165307
Fabio Custodio RA 20159765
Felipe Nunes RA 20242182
Lucas Tamarossi RA 20104571
Mayla Accascina RA 20071716
Cobertura de uma quadra
poliesportiva utilizando dois sistemas estruturais:
Arcos e
Estruturas Pênseis.
Pesquisa Bibliográfica
PAVILHÃO DA FEIRA INTERNACIONAL DE INDÚSTRIA E COMÉRCIO - RIO DE JANEIRO
O pavilhão, destinado a exposições, compreendia 32.000 metros quadrados
de área livre aproximadamente, e localizava-se no campo de São Cristóvão, na
cidade do Rio de Janeiro. A obra, inaugurada em dezembro de 1960, foi projetada
pelo arquiteto Sérgio W. Bernardes e calculada pelo Prof. Eng. Paulo R.
Fragoso.
Na época o pavilhão ostentava a maior cobertura pênsil do mundo, com os
apoios dispostos unicamente no seu perímetro. A cobertura de forma líptica em
planta apresentava dois eixos de simetria (o eixo menor com 165 metros e o
maior com 250 metros) que dividia o edifício em quatro setores, como mostra a
figura 1.1. A mesma figura apresenta, respectivamente, um corte no meio do
pavilhão e uma vista lateral do mesmo.
A concepção arquitetônica da cobertura do pavilhão, considerada pioneira
no país, consistia de uma imensa superfície em forma de sela. A vedação
composta de placas de ligas de alumínio era suspensa por uma cesta de cabos de
aço, que por sua vez era ancorada na estrutura periférica em arco de concreto.
As águas pluviais eram recolhidas em dois lagos localizados nas extremidades do
eixo maior do pavilhão.
A super-estrutura de concreto compunha-se basicamente de dois grandes
arcos parabólicos inclinados, apoiados em 52 pilares (distanciados de eixo a
eixo de 8,33 m a 8,50 m), que eram contraventados entre si por lajes de 12 cm
de espessura a cada 4,00 m de altura, em média. Externamente, nas junções dos
arcos, foram construídos dois encontros estruturais de concreto, preenchidos
parcialmente com pedra britada e areia, com a função de resistir aos empuxos
ocasionados pela cobertura. A altura dos arcos variava de 19,20 metros na parte
central, e diminuía para 14,43 metros. Nesta altura, situavam-se duas
articulações tipo “Freyssinet” e os respectivos encontros. Os pilares tinham
altura e seções transversais variáveis, acompanhando a altura e largura dos
arcos, que eram mais largos na sua parte central. Cada vão entre pilares (com
exceção dos vãos centrais e extremidades dos arcos) era preenchido com paredes
vazadas de alvenaria, tendo pilaretes de concreto para amarração.
PAVILHÃO DO BRASIL NA EXPOSIÇÃO INTERNACIONAL DE BRUXELAS, 1958.
ARQUITETO SÉRGIO BERNARDES
O
pavilhão de Bruxelas ficou era um exemplo típico da maneira de Bernardes pensar
arquitetura: sem preconceitos sobre material, construção ou forma, ele procura
soluções criativas e simples, que, na sua visão, são consequências direta das
características do lugar e dos requerimentos do programa. Tem transparência e
liberdade espacial; um layout gerando leveza e clareza; e integração na
paisagem, deixando a arquitetura se fluir nos jardins e na natureza
circundante.
O elemento central na proposta
de Bernardes foi a rampa, começando logo na entrada, no ponto mais alto,
descendo num passeio de uma volta e meio ao redor do jardim interno. Para se
fazer sentir o pavilhão como um espaço só, a cobertura não tinha nenhum suporte
no interior e a rampa foi disposta sobre pilares de aço muito delgados. Os
painéis e vitrines das mostras foram espalhados na descida pela rampa,
perpendicularmente ao chão, nunca bloqueando o contato visual com o jardim. Fotos da maquete experimental mostram que
Bernardes estendeu a cobertura, de 40m x 60m, sobre o prédio como se fosse um
lençol, apoiada somente nos cantos por torres triangulares compostas de tubos
de aço.
O projeto combinou um imenso vão livre com uma estrutura muito
leve. Bernardes não elevou as paredes do pavilhão até a altura do prédio, mas
colocou faixas de vidro na parte superior para enfatizar a transparência do
prédio e a elaboração técnica da cobertura requisitou a engenhosidade dos
engenheiros.
Foram colocadas treliças metálicas entre as torres, para sustentar
uma rede de cabos e vigas. Um cabo de aço percorreu o pavilhão em sentido
longitudinal a cada 2 metros. O sentido transversal foi coberto por vigas em
forma de "T", com distancia de 1m entre eles, disposto sobre os cabos
e sustentando os painéis da cobertura. A cobertura foi composta de três
camadas: painéis de plástico (eucatex), uma camada de 3cm de concreto e uma
camada impermeável (‘Cucooum’). Nessa construção as pressões maiores estavam
nas torres e treliças transversais, que tinham de guiar o peso da cobertura (85
toneladas) dos cabos para as fundações. Na elaboração do projeto, as lajes
receberam o suporte de quatro pilares reforçados e de cabos de aço (33 mm),
estirados entre a treliça e âncoras de concreto fincadas no chão, como os
tirantes de uma barraca.
A PONTE GOLDEN GATE, SÃO FRANCISCO – ESTADOS UNIDOS
Uma das estruturas mais reconhecidas em todo o mundo, a Ponte
Golden Gate foi a ponte mais comprida durante 27 anos depois de ter sido
concluída em 1937. É uma ponte suspensa ancorada pela gravidade, com 1.280
metros de água passando por baixo de duas vigas de balanço de aço.
Erguida entre duas torres, os dois
principais cabos das pontes pesam 11.000 toneladas cada um, feitos de mais de
25.000 arames individuais. Além de segurar a estrada suspensa, os cabos também
transferem compressão para as pontes, e para as âncoras das pontes em cada lado
da construção.
Dados técnicos:
Altura: 227 metros acima do
nível da água
Comprimento: 2737 metros,
peso: 80,470 toneladas
Número de trabalhadores:
desconhecido
Mas 11 homens morreram
durante a sua construção
Tempo de construção: 4 anos
Material de Construção; aço
Número de rebites:
aproximadamente 600.000 em cada torre
O
peso da estrutura da pista de rolamento e do passeio, bem como o dos veículos,
pedestres e ciclistas, é sustentado pelas treliças do tabuleiro. Os tirantes
diagonais contornam a unidade estrutural básica da treliça, o triângulo, que é
inerentemente forte e rígido. Entretanto, as treliças do tabuleiro não são
fortes o bastante para se estender de um lado ao outro do Golden Gate. Elas são
sustentadas a cada 15 metros (50 pés) por cabos verticais de suspensão de aço.
São utilizados 500 cabos verticais da ponte (cabos de suspensão de
aço), que são a etapa seguinte do
“caminho de carga”, que é o termo que descreve como o peso da ponte, incluindo
o peso do tráfego, é finalmente transferido para o solo. As treliças do
tabuleiro transferem sua carga para os cabos, que puxam esse peso para cima,
para os cabos curvos principais. O peso do tabuleiro é suspenso dos cabos
principais por esses cabos de suspensão, daí seu nome.
ESTÁDIO MOSES MABHIDA, DURBAN – ÁFRICA DO SUL
O Estádio de Durban teve como
partido um grande arco central, cruzando o estádio longitudinalmente e
sustentando a cobertura em membrana tensionada. Voltado para a cidade, o
estádio contará ainda com uma gôndola que levará espectadores para observar a
vista, no topo do arco.
Com capacidade para 85 mil pessoas, o Estádio Moses
Mabhida foi projetado para receber uma semifinal da Copa do Mundo de 2010. A
proposta resulta da parceria entre dois escritórios alemães: Schlaich
Bergermann und Partner (SBP), que trabalha engenharia estrutural, e Gerkan Marg
und Partner (GMP), que desenvolveu a concepção arquitetônica.
O sistema é composto pelo grande
arco, anel de compressão formado pelos arcos horizontais, colunas de fachada,
rede de cabos e membranas.
Como a municipalidade de Durban procurava uma proposta de grande impacto, a ideia
central do projeto conduziu ao arco metálico de grandes proporções, que se
divide na área de acesso, formando um Y, similar à bandeira de unificação da
África do Sul. O arco esbelto, com vão de 350 metros, projeta-se sobre a arquibancada,
à altura de cem metros. Para sua construção foram projetadas seções tubulares
de aço, sustentadas por sistema de cabos. Este suporta todos os carregamentos da membrana, através do arco e do anel
tensionado da extremidade interna da cobertura.
O arco de seções de 5 x 5 e de 5 x
3,4 metros é composto de placas de aço, com quadros e enrijecedores internos trapezoidais. No total foram utilizadas 2,6
mil toneladas de aço S355. O anel de compressão tem seção de 1 x 1,4 metro, sendo
feito de placas
de aço de 35 até 50 milímetros e esticadores de dimensões máximas de 110
milímetros em aço S460, no total de 1,8 mil toneladas.
A estrutura do arco está
apoiada em fundações individuais, ancoradas na rocha natural à profundidade aproximada de 20
metros, em paredes-diafragma de 40 metros de comprimento. Essa estrutura tem cerca de 350
metros de dimensão plana e peso estimado de 2,6 mil toneladas. Sua concepção obedeceu a restrições muito severas de projeto, pois a utilização
racional de materiais deveria atender a critérios de sustentabilidade e facilidade
de instalação.
Chegou-se, portanto, ao conceito estrutural do arco delgado, formado por placas de aço de 15
milímetros de espessura, enrijecidas por quadros trapezoidais de oito
milímetros. A dimensão externa do arco foi definida para que reforçasse seu
grande impacto arquitetônico e formal, e não pelos limites
estruturais de esbeltez. Por definição de projeto, o arco foi revestido em um
metro para compor as laterais da escada de mil degraus, até o seu topo, e dos
trilhos da gôndola que levará até seu ponto mais alto.
Para a eficiência da equação
composta por forma e custo, um algoritmo geométrico foi desenvolvido com o
objetivo de materializar
a dupla curvatura do arco apenas com peças formadas por placas planas. Os pinos de união
das partes do arco foram estrategicamente locados para possibilitar seu
içamento pelo maior
guindaste disponível na África do Sul e também sua conexão ao sistema de cabos.
Esse aspecto foi decisivo para a divisão do elemento em partes menores no alto, com comprimento
de cerca de oito metros, e maiores e mais pesadas quando próximas à fundação,
com comprimento em torno de 13 metros.
A PONTE DO BROKLYN
Localizada sobre o East River, em Nova York, a chamada ponte do Brooklyn uniu duas
antigas cidades rivais, Nova York, Manhattan, e Brooklyn, e acabou por formar a
grande metrópole americana, a cidade de Nova York.
Projetada pelo imigrante alemão John Roebling, engenheiro e considerado um gênio
criativo, a ponte apresenta o ápice da construção de pontes pênseis, um sistema estrutural antes utilizado em
outras pontes como a ponte sobre o Estreito de Menai e que, como próprio
Roebling mencionou: "A construção de pontes suspensas é agora tão bem
entendida que nenhum construtor competente vai hesitar em recorre-la para
vencer vãos de 1500 pés ou mais...", já estava perfeitamente consolidado
como sistema.
Sr. John Roebling criador da ponte, contribuiu até
os dias de hoje nos métodos construtivos para pontes pênseis. Proporcionou três
lances de gênio, para a criação projetista com a solução dos problemas construtivos
de pontes com grandes vãos:
1º Concebeu a ideia de
traçar cordas com fios de aço;
2º Novo procedimento
para construção dos cabos de aço, torcendo os fios desde uma ancoragem no chão,
passando sobre as torres até a outra ancoragem;
3º Propôs a utilização de
cabos inclinados, ligando os topos das torres a vários pontos nas laterais do
tabuleiro.
Após sua morte, seu filho, Washington Roebling,
assumiu a construção da ponte. Para construir os pilares de granito maciço foi
utilizado um método recentemente inventado na Europa, o método de caixões
flutuantes pneumáticos. Este método de caixões pneumáticos era baseado em
escavações submerssas que ocorriam dentro destes caixões possibilitando a
construção de pilares e suas fundações sem alterar o curso
do rio. Esta escavação era realizada por
operários que, através de elevadores internos aos pilares, chegavam até os
caixões e lá ficavam sob condições normais graças a um mecanismo de injeção de
ar comprimido que tornava a pressão de dentro dos caixões maior que a externa,
impedindo a entrada de água.
Todo material escavado era retirado por elevadores
também internos aos pilares e assim a construção evoluía de cima para
baixo, até que a profundidade almejada fosse
alcançada. Porém esse processo exigia uma série de cuidados. Dentre eles o
principal era a necessidade de uma lenta descompressão que evitaria o acúmulo
de bolhas de ar no cérebro, o que causaria paralisias e curvamentos da coluna.
Os maciços rochosos nos quais os pilares seriam
apoiados não se encontravam bastante profundos, no lado de Brooklyn a 13,6 m de
profundidade e no lado de Nova York a 23,8 m. Porém para afundar os dois
caixões e assim apoiá-los em solo firme, muitas dificuldades foram encontradas.
No lado de Brooklyn, tinha-se uma densa camada de argila, composta ainda por
pedregulhos, a qual deveria ser removida. No início de 1870 os progressos na
remoção da camada e afundamento do grande caixão eram mínimos, cerca de 150 mm
por semana e a única solução encontrada por Roebling foi usar explosivos, uma
solução bastante perigosa devido a confinação do lugar.
Os quatro cabos principais de suspensão são
compostos de fios de aço.
Aproximadamente 9750 km de fios de aço foram usadas no lugar do tradicional uso
de cabos feitos de ferro forjado. Para passar esses cabos pelo topo das torres,
Roebling inventou um aparelho com uma roldana, aparelho nunca antes usado por
engenheiros de pontes até então. Cada cabo completo tem aproximadamente 6,30 cm
de diâmetro e contém 19 feixes de fios. Cada feixe é composto por 278 fios de
aço.
Para estender os cabos sobre os topos das torres,
Roebling evitou o içamento de pesados cabos, evitando sempre que possível a
danificação da estrutura. Outra das inovações de Roebling foi utilizar cabos
inclinados desde o topo da torre até os vários pontos do tabuleiro para dar-lhe
maior rapidez quando solicitados por fortes ventos.
Fontes:
Livro: Por Que Os
Edifícios Ficam De Pé
Autor: Mário
Salvatori
Editora: Martins Fontes, 2ª edição, 2011.
PREDIMENSIONAMENTO
DA MAQUETE ESTRUTURAL
Dimensionamento da cobertura
em concreto – Laje Grelha (35x30):
Lx/Ly = 35/30 = 1,16 ≤ 1,6 ->
Laje armada em 2 direções;
H =[4% (35+30)] / 2 = 2,6/2 = 1,30m
H adotado = 2m
1,5h≤ d ≤ 2h - 3≤ d ≤ 4
d adotado = 3,5m
h/5 ≤ b0 ≤ h/4 – 0,4 ≤ b0 ≤ 0,5
b0 adotado = 0,5m
e ≤ d/20 – e ≤ 3,5/20 = 0,175
e adotado = 0,2m
d’ = d+b0 – d’ = 3,5+0,5 = 4,0m
Dimensionamento dos
arcos treliçados (L=60m):
L/80 ≤ h ≤ L/60
60/80 ≤ h ≤ 60/60 -> 0,75 ≤ h ≤ 1,0
H adotado = 1,0
h/3 ≤ b ≤ h/2
1/3 ≤ b ≤ 1/2 -> 0,33 ≤ b ≤ 0,5
L/7 ≤ f ≤ L/2
60/7 ≤ f ≤ 60/2 -> 8,57m ≤ f ≤ 30m
