VIGA VAGÃO
São estruturas que
apresentam sistema composto por barras horizontais, montantes e cabos. A
maneira com que esses componentes são dispostos faz com que o sistema resista à
deformações decorrentes da flexão nas estruturas principais.
A estrutura desse tipo
de sistema é ausente de diagonais, isso diferencia a estrutura vagonada de uma
treliça. O nome Viga vagão é devido a esse tipo de viga ter sido utilizada como
elemento estrutural de sustentação de vagões de trens. Nesse caso o empuxo
horizontal que todo cabo aplica aos apoios é absorvido pela própria viga,
resultando em apenas cargas verticais nos apoios.
A viga vagão pode ter um
ou mais montantes, conforme aumenta o número de montantes, varia a forma do
cabo. Com um único montante a forma do cabo é triangular, com dois é um
trapézio, tendendo no limite à forma de uma parábola.
O uso desse tipo de estrutura teve
início no século XX seguindo os passos da arquitetura high tech da época e até
os dias de hoje devido a leveza estética, viabilidade econômica, fácil
manuseio, boa rigidez e de boa capacidade mecânica, geralmente são usadas em
pontes, fachadas, coberturas e pilares.
Na concepção o materialmais
utilizado é o aço devido à flexibilidade e adequação aos esforços envolvidos
principalmente nos tirantes.
Concepção
Para conceber a
estrutura é necessário definir todos os parâmetros da forma, posicionamento
espacial até seu pré-dimensionamento e analisar a viabilidade construtiva
estimando os custos. É importante
analisar o tipo de seção transversal, tipo de material estrutural, elemento
principal, número de montantes, direção do elemento principal e direção e
sentido do montante. Deste modo, este item é dividido em três partes
interconectadas: classificação tipológica/estrutural, pré-dimensionamento e
metodologia de escolha de parâmetros.
Atualmente não existe material focado para desenvolver
estruturas de vigas vagonadas, portanto, o dimensionamento é realizado baseado
nas normas NBR 8800/2008 e NBR 14762/2010 que tratam, respectivamente, da
análise e dimensionamento de perfis laminados e formados a frio em aço
Classificação
tipológica/estrutural
1. Quanto ao número de
montantes
A) triangular;
B) trapezoidal;
C) parabólica.4
2. Quanto à direção do elemento
principal:
A) Unidirecional;
B) Bidirecional;
C) Multidirecional.
3. Quanto
à direção e o sentido dos montantes:
A)Uma
direção
B) Duas
direçoes;
C)
tres direções;
D)
quatro direções.
4.
Quanto ao tipo de elemento principal
A)
Viga de alma cheia
B)
Treliça
Figura 1.5: Ponte Paraíba do Sul, 1857
– São Paulo (fonte: BELLEI e PINHO, 2007).
C)Pilar
Pista
de gelo Oxford projetada pelo arquiteto Nicholas Grimshaw, 1984 - Oxford UK -
(fonte: http://grimshaw-architects.com/
D) Outros elementos há aplicações de
outros tipos de elementos principais em estruturas vagonadas, embora fora do
escopo deste trabalho, como lonas tensionadas e vigas Vierendeel (Charleson,
2005).
Pré-dimensionamento
As estruturas
vagonadas podem ser pré-dimensionadas através de fórmulas empíricas ou de
gráficos. A figura abaixo mostra o pré-dimensionamento de vigas vagonadas em
aço com dois montantes segundo Rebello (2007). Para vigas vagonadas com mais
montantes pode-se dividir o vão uniformemente, adotar a forma parabólica do
tirante e adotar os demais parâmetros conforme a figura.
Alternativamente,
pode-se utilizar o gráfico da figura abaixo, onde a altura (h) da viga vagonada
em aço é dada, a partir do vão livre em metros, pela curva superior para
grandes cargas e pela curva inferior para pequenas cargas. A linha azul na
figura abaixo mostra os valores para h=0.055L, que é a média da fórmula
empírica dada na figura acima. Estudos na literatura sobre o
pré-dimensionamento de treliças ou pilares vagonados ou vagonamento bi ou
multidirecional são muito escassos. Nestes casos, pode-se adotar as alturas
(h) dadas em ambas
figuras como primeira aproximação. No caso de pilares vagonados, o
funcionamento estrutural é semelhante ao de vigas vagonadas porque a flexão
resultante a ser combatida é associada a
Metodologia de escolha de parâmetros
É
muito importante entender o funcionamento estrutural do vagonamento antes de
sua
concepção pois vários
parâmetros dependem direta ou indiretamente deste raciocínio físico.
A figura abaixo mostra
os esforços externos envolvidos em vigas vagonadas. De modo geral, para cargas
uniformemente distribuídas, os elementos principais e montantes estão sujeitos
à flexo-compressão e os tirantes à tração. A flexão nos montantes pode ser
resultante de possíveis excentricidades construtivas ou cargas horizontais.
Os
parâmetros mais importantes a serem definidos na concepção são:
Tipo de vagonamento
a)
Número de montantes – é definido a partir de dois fatores: o vão envolvido e as
cargas envolvidas. Pode-se dizer que quanto maior o vão e quanto maiores são as
cargas maior deve ser o número de montantes.
b)
Direção do elemento principal – a definição de vagonamento uni, bi ou
multidirecional é função de dois fatores: relação entre vãos e geometria geral.
Quando há dois vãos perpendiculares envolvidos de magnitudes semelhantes
(a/b<2), o vagonamento bidirecional é o mais indicado. Quando a geometria
permite definir mais do que dois vãos principais e este são da mesma ordem de
magnitude, o vagonamento multidirecional é o mais indicado (figura 2.2). A
maioria das aplicações conduz a vagonamentosunidirecionais . É importante notar
que o vagonamento bi ou multidirecional é mais eficiente do que o vagonamento
unidirecional no sentido de aproveitamento de material e leveza visual.
c)
Direção e sentido dos montantes – é função da direção e sentido das cargas ou
de excentricidades ou flambagem na estrutura. Por exemplo, quando a incidência
das cargas é somente em uma direção, podendo mudar o sentido, como a ação do
vento, o vagonamento deve ter montantes em uma direção e dois sentidos mas
quando há somente cargas gravitacionais ou a sucção do vento não é capaz de
inverter o sentido as cargas, o vagonamento deve ter montantes em uma direção e
um sentido (figura 2.8). Por outro lado, quando a carga é de compressão
simples, podendo haver flambagem, o vagonamento deve ter montantes em duas
direções e dois sentidos .
d)
Tipo de elemento principal – é função do vão, do tipo de esforço e das cargas
envolvidas. Para vãos pronunciados e/ou cargas altas é necessário utilizar
elementos principais mais eficientes como vigas Vierendeel ou treliças. Quando
o esforço principal envolvido é o de compressão os elementos
principais são pilares.
Geometria
dos elementos
a)
Tipo de seção transversal – é função dos esforços envolvidos. Para os elementos
principais e montantes, de acordo com a teoria de distribuição das massas
(momento de inércia), geralmente adota-se seções transversais mais eficientes à
flexo-compressão como perfis tubulares circulares ou retangulares laminados ou
formados à frio, embora perfis I possam ser utilizados dependendo do
comprimento de flambagem resultante do travamento lateral dos elementos
principais. Para os tirantes podem ser utilizadas quaisquer seções, mas a seção
mais utilizada é circular maciça.
b) Pré-dimensionamento – a definição das
dimensões da seção transversal.
Exemplos de Vigas vagão
1. 1)Ponte Metro West no Liffey Valley
O
escritório ExplorationsArchitecture, de Paris, em conjunto com o escritório
inglês BuroHappold, venceu o concurso para o projeto de uma nova ponte
ferroviária sobre o Liffey Valley nos arredores de Dublin, na Irlanda. A nova
ponte será suspensa e terá um comprimento de 350m e 17m de largura. O objetivo
é ligar a região sudoeste de Dublin (Thallagght) ao aeroporto, localizado na
região norte. O concurso foi realizado em duas etapas, entre junho e novembro
de 2008 e foi organizado pelo RIAI (Royal
InstituteoftheArchitectsofIreland).
“A
estrutura foi concebida de forma a minimizar a obstrução visual em relação à
perspectiva do vale”, declaram os arquitetos.
Os elementos de suporte são transferidos para a parte inferior da via (deck), permitindo aos passageiros uma visão ampla do vale, sem interrupção.
Veja abaixo algumas informações do projeto, segundo os autores:
Os elementos de suporte são transferidos para a parte inferior da via (deck), permitindo aos passageiros uma visão ampla do vale, sem interrupção.
Veja abaixo algumas informações do projeto, segundo os autores:
“Trata-se de um projeto inovador, de uma ponte “em suspensão”, com torres e tirantes dispostos de forma discreta. O resultado é um projeto que ao mesmo tempo se destaca como ícone e se mantém sutil, flutuando de forma delicada sobre o Liffey Valley”.
“A paisagem do vale nos inspirou no desenho de uma estrutura que oferecesse o mínimo de impacto visual aos passageiros. Uma estrutura com múltiplos suportes destruiria a visão contínua do vale, e causaria uma impressão egocêntrica, como uma afirmação arquitetônica sobre a natureza, o que seria um desrespeito à beleza da paisagem. A ideia de um projeto marcado por elementos mínimos e pela leveza da estrutura permite uma integração natural entre a ponte e os elementos naturais existentes”.
”A ponte foi projetada como uma estrutura segura, eficiente e sustentável, perfeitamente apropriada para uma infra-estrutura ferroviária dessa magnitude. Os materiais e a tecnologia foram selecionados cuidadosamente, com o objetivo de garantir o mínimo de manutenção”.
“O projeto da ponte, além de permitir a minimização de barreiras visuais tanto na perspectiva dos passageiros quanto daqueles que circulam em torno do vale, oferece ainda um vão livre - sem elementos construídos sobre o vale - de pelo menos 300m de extensão. Esse conceito se integra aos planos para o futuro Liffey Valley Park, que deve passar sob a ponte. A ponte servirá como base para terraços, ‘belvederes’, rampas e elementos urbanos que farão parte do parte e terão um impacto mínimo sobre a paisagem”.
“A ideia é que tanto os passageiros quanto os pedestres que circulam sobre a ponte tenham uma visão livre da paisagem, com guarda-corpos seguros e ao mesmo tempo desenhados a partir de elementos horizontais discretos, com o mínimo de obstrução visual”.
A mesma equipe de arquitetos e engenheiros também venceu concurso para uma
ponte de pedestres na Irlanda, River Soar Bridge, em que desenvolveram conceito
semelhante de suspensão e mínimo impacto visual.
Detalhe do Sistema Estrutural
Esquema tridimensional da estrutura
Ficha
Técnica – West Bridge
– Dublin
Cliente: Railway Procurement Agency (RPA)
Organizador do Concurso: Royal Institute of Irish Architects
Autores: Explorations Architecture (Paris) + BuroHappold (Londres)
Equipe – BuroHappold: Adam Allegri, James Worth, Ella Barkham, Winfried
Meijer, DavoodLiaghat, Simon Fryer, Matthew Crouchman, Anthony Holder
Equipe – Explorations Architecture: Benoît le Thierry d’Ennequin, Yves
Pagès, Sylvia Bauer
Orçamento: 50 milhões de
Euros
Previsão de construção:
2011-2012
Localização: Metro West
Railway Bridge, sobre o Liffey Valley, 9 km a oeste de Dublin – Irlanda.
2) Centro de Arte e Educação dos Pimentas
O Centro
de Artes e Educação dos Pimentas localiza-se em Guarulhos, no bairro dos
Pimentas (São Paulo, Brasil.
O que mais
impressiona nesse projeto é a cobertura metálica continua com 250 metros de
comprimento e 30 metros de largura. Ela é leve, permite uma boa ventilação,
alem de propiciar grandes vãos, como as quadras e a praça.
A
cobertura funciona com as telhas
metálicas de aço
tipo painel com isolamento térmico e acústico, apoiadas a cada 6 m em
vigas-vagão
com mão-francesa, tendo 20 m de vão e 5 m de
balanço em ambos os lados.
Esse projeto esta em um terreno estreito e comprido, de 30.780 m². Por
isso a sua arquitetura térrea e comprida.
Foto da parte interna, cobertura da
quadra poliesportiva.
Ficha Técnica
Área do terreno: 30.700 m²
Área construída: 16.000 m²
Arquitetura: Biselli & Katchborian Arquitetos Associados
Autores: Mario Biselli e Artur Katchborian
Colaboradores: Paulo Roberto dos Santos Barbosa, Luiz Marino Kuller, Cássia Lopes Moral, Cassio Oba Osanai, Camila Bevilacqua de Toledo, Gabriel César e Santos, Ana Carolina Ferreira Mendes, Débora Pinheiro
Estrutura: Edatec - Enio Canavello Barbosa
Construçao: JZ Engenharia
Autores: Mario Biselli e Artur Katchborian
Colaboradores: Paulo Roberto dos Santos Barbosa, Luiz Marino Kuller, Cássia Lopes Moral, Cassio Oba Osanai, Camila Bevilacqua de Toledo, Gabriel César e Santos, Ana Carolina Ferreira Mendes, Débora Pinheiro
Estrutura: Edatec - Enio Canavello Barbosa
Construçao: JZ Engenharia
Fornecedores
Concreto: Concreservice e Guarumix U-GLASS T2G
Caixilhos: Atenuasom
Gradil: Metalgrade
Tintas: Suvinil
Piscinas (Impermeabillzaçao/ Revestimento Cerámico/Equipamentos): Campestre Piscinas
Forros de madeira: OB Som
Porta de madeira: OB Som
Piso de madeira: Kok Sport
Forro de gesso: São Oimas
Vidros: Atenuasom
Telhas de PVC: Forte Engenharia
Estruturas metálicas: Forte Engenharia
Telhas metálicas: Forte Engenharia
Caixilhos: Atenuasom
Gradil: Metalgrade
Tintas: Suvinil
Piscinas (Impermeabillzaçao/ Revestimento Cerámico/Equipamentos): Campestre Piscinas
Forros de madeira: OB Som
Porta de madeira: OB Som
Piso de madeira: Kok Sport
Forro de gesso: São Oimas
Vidros: Atenuasom
Telhas de PVC: Forte Engenharia
Estruturas metálicas: Forte Engenharia
Telhas metálicas: Forte Engenharia
3) Pasarón Stadium
Lozalizado em Pontevedra, Espanha, do outro lado do rio
Lerez, foi produzido um cenário urbano desordenado com uso misto de habitações
e serviços. É um ambiente que exige ações firmes para regenerar o entorno
urbano. A renovação do antigo estádio Pasaron tenta liberar espaço no
seu perímetro para criar um novas praças urbanas e áreas verdes para
a uso da vizinhança e para permitir acesso mais fácil ao estádio.
A arquibancada é o essencial para a proposta. Sua geometria define que
todo o conjunto possa abrigar os cerca de 11.000 espectadores. A
impossibilidade de promover partidas em qualquer outro local da cidade
significava que o trabalho de renovação tinha que coincidir com a utilização
habitual do estádio. A intervenção foi realizada em fases, sucessivamente
demolindo e reconstruindo as arquibancadas, as coberturas e os serviços
existentes de cada um dos lados. O novo recinto tem duas arquibancadas
perimetrais sobrepostas, concentrando todos os serviços em um corredor
perimetral que pode ser acessado a partir do interior e do exterior do estádio.
A primeira arquibancada voltada para fora é transformada em uma espécie
de base, de pedestal, que se abre para a cidade e configura um anel perimetral
fornecendo uma clara rota de acesso a todas as outras arquibancadas.
Uma segunda arquibancada parece flutuar acima da anterior. O espaço
externo continua para dentro formando uma via com dois níveis. Os serviços
planejados estão localizados no perímetro, abertos em direção ao exterior e a
arquibancada. Sua existência permite o uso ininterrupto do edifício e do
entorno urbano imediato. Eles formam um anel vítreo que adapta a escala do
edificio aos seus arredores.
Depois de uma economia de
meios, a estrutura do estádio é formada por frames de
concreto que repousam sobre uma grande
viga-vagão que define o revestimento do edifício e configura uma
imagem enfática, com perfurações aleatórias e grandes projeções que
cobrem as áreas externas e abrigam as entradas do estádio.
A cobertura translucida permite iluminação interna uniforme e
desvanecida.
FICHA TÉCNICA
Arquitetos: ACXT Arquitectos
Localização: Pontevedra
Arquitetos Responsáveis: Jesús Llamazares, Galo Zayas
Equipe De Projeto: Galo Zayas, José Espada, Ismael Ameneiros, José Rodríguez Laiño Daniel Dapena
Estruturas: Mecanismo S.L
Área: 19975.0 m²
Ano: 2012
Localização: Pontevedra
Arquitetos Responsáveis: Jesús Llamazares, Galo Zayas
Equipe De Projeto: Galo Zayas, José Espada, Ismael Ameneiros, José Rodríguez Laiño Daniel Dapena
Estruturas: Mecanismo S.L
Área: 19975.0 m²
Ano: 2012
Bibliografia:
Nota 2
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