Resumo do livro- Bases Estruturais para o Projeto Estrutural na Arquitetura

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As estruturas de cabos, também chamadas de estruturas suspensas ou pênseis, são estruturas que podem vencer grandes vãos com pequeno consumo de material. Os cabos são utilizados em vários tipos de estruturas, nas pontes pênseis e teleféricos são os elementos mais importantes, também podem ser empregados como elemento portante de coberturas de grandes vãos. Os sistemas de cabos são geralmente, estruturas leves quando comparadas a estruturas de concreto armado, no entanto essa redução do peso próprio tem uma consequência, eles não se mantêm estáveis quando sujeitos ao carregamento dos ventos.

Nos sistemas com cabo, qualquer variação da carga ou das condições de apoio afeta a forma a forma da curva funicular, e origina uma nova forma da estrutura. Os arcos não possuem variação da sua forma, a sua linha funicular é direcionada apenas para um tipo de carregamento. As principais desvantagens deste sistema estrutural, deve-se a leveza dos cabos (que devido ao pequeno peso próprio em relação ao seu vão e sua flexibilidade, torna esse sistema muito suscetível a cargas móveis e assimétricas, vibrações e ações causadas pelo vento), e o peso do arco reforçado contra uma variedade de cargas adicionais. Estas desvantagens podem ser eliminadas através de sistemas de protensão dos cabos, que estabiliza e elimina as mudanças de forma devido a cargas adicionais e forças dirigidas para cima (como a foça do vento).

Para uma melhor compreensão sobre o funcionamento estrutural dos arcos, é comum associá-lo a um barbante segurado pelas suas extremidades no qual são pendurados diversos pesos ao longo do seu comprimento, daí observa-se que o barbante adquire uma forma geométrica poligonal formada por segmentos de retas delimitadas pelos pesos e que, ao aumentar o número destes, os segmentos de reta tornam-se cada vez menores. O barbante, sujeito à tração, faz com que as mãos de quem o está segurando devam aplicar uma força para cima para equilibrar os pesos, e também uma força para fora (chamada de empuxo) para evitar a tendência a se aproximar que as extremidades possuem. Analisados estes comportamentos, pode-se inverter a imagem do barbante carregado para se obter um arco, onde as tensões de tração passam a ser de compressão e o empuxo que era no sentido de afastar as extremidades do barbante agora atua aproximando as bases do arco. Quanto mais alto o arco, maior o vão, e maior o peso, e consequentemente maiores são as reações de apoio. O solo no qual estiver se a poiando um arco deve ser estável suficiente para suportar tanto as reações verticais quanto horizontais.

Para dar estabilidade no arco, deve-se elevar a sua rigidez, e aumentar a inercia da sua seção transversal, ou seja, aumentar a dimensão vertical da sua seção transversal. Em geral são usadas seções retangulares, com largura menor do que a altura, já que os arcos são frequentem ente travados transversalmente por elementos estruturais que se apoiam sobre eles. O aço, a madeira e o concreto armado são materiais que apresentam resistência adequada a esforços de compressão.

Os arcos podem apresentar alguns vínculos (rótulas) que permitem uma rotação relativa entre duas seções adjacentes. O número máximo de articulações que podem o correr em um arco é 3 (essas articulações normalmente o correm nos apoios e no topo), acima desse número o arco torna-se hipostático (ou seja, instável). Existem basicamente três tipos de arcos que são usados na prática: arco triarticulado, arco biarticulado e arco biengastado.

O arco triarticulado é uma estrutura estaticamente determinada que possui 3 articulações (uma em cada extremidade e uma no meio), costuma ser o mais utilizado, pois possui facilidade de execução (pode vir desmontado em trechos e ser montado na obra); possuem uma boa versatilidade a mudanças de forma, boa dilatação (porque as articulações permitem uma boa acomodação das peças); são isostáticos, portanto fáceis de calcular; porém são mais robustos, o que o torna mais caro em relação aos outros; sofrem mais com a ação da flambagem; são utilizados quando se tem previsão de grandes reações de recalque, e mais indicados para vencer grandes vãos.

O arco biarticulado é uma estrutura estaticamente indeterminada que possui 2 apoios (um em cada extremidade), é menos interessante que o triarticulado do ponto de vista construtivo, possui menos versatilidade de forma, menor dimensão e menor consumo de material por ser hiperestático (estruturas que têm um número de reações superior ao que é exatamente necessário para impedir qualquer movimento); bastante utilizados em locais onde são previstos pequenos recalques, e mais indicados para vencer pequenos vãos. Geralmente são feitos de concreto.

O arco biengastado (sem articulação) também é uma estrutura estaticamente indeterminadas, possui 2 apoios ‘’fixos’’ um em cada extremidade, seu uso é bastante incomum, somente utilizado quando há a necessidade de uma ligação rígida, é mais caro, possui um momento fletor maior e é muito estável. São recomendados quando não existem possiblidades de recalque nos apoios, e também são hiperestáticos e indicados para vencer pequenos vãos. Geralmente são feitos arcos isolados em aço.

A intensidade do empuxo é o inverso da flecha do arco (a flecha é sua a altura no meio do vão). Os empuxos horizontais podem ser absorvidos diretamente pelos apoios, exigindo desse um dimensionamento maior, ou por tirantes, que fazem com que apenas as cargas horizontais sejam depositadas nos apoios. O arco com tirantes é a melhor forma de arco e o mais econômico, ele é hiperestático por dentro e isostático por fora, e indicado para grandes e pequenos vãos.

É muito comum vermos certas estruturas de aço com o formato de um arco, pois esse modelo de estrutura metálica em arco é amplamente utilizado e pode ser observado e visto em muitos locais ao nosso redor. A estrutura metálica em arco tem como característica marcante a enorme flexibilidade. Devido a grande resistência do aço, é possível vencer os grandes vãos, e eliminar as colunas intermediárias, o que resulta em um espaço maior na elaboração dos projetos.

Os arcos, em estruturas metálicas, podem ser de alma cheia, usando perfil I, H ou tubular. No entanto, essa solução deve ter uma justificativa muito forte, porque os perfis de alma cheia para serem dobrados necessitam ser calandrados (dobrados ou curvados por maquinas muito modernas e caras), ou compostos em pequenos trechos; por isso o custo da solução pode ser bastante elevado. Já os arcos treliçados, ou com cantoneiras e perfis U, possuem uma execução mais simples e com custos menores, tornando