CRITÉRIOS DE CONCEPÇÃO DE ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS

As estruturas de edifícios devem ser concebidas para possuir um comportamento adequado face às cargas verticais e horizontais a que poderá vir a estar sujeita. Uma boa concepção sísmica terá de garantir  um  adequado  comportamento  dinâmico da  estrutura.  Este  traduz-se  pelo  facto de os primeiros modos de vibração apresentarem essencialmente movimento de translação com reduzida componente de torção. Para tal, aconselha-se a consideração de alguns princípios, nomeadamente, uma boa  ligação entre os elementos,  redundância estrutural,  simetria e uniformidade em planta e altura.

A nível da  ligação entre elementos, pode referir-se a  ligação entre duas paredes ortogonais. Caso esta  ligação  seja eficiente, a  rigidez dessas duas paredes em  conjunto é muito  superior à  rigidez das  duas  paredes  consideradas  em  separado.  Para  este  efeito  é  importante  que  em  termos geométricos e de disposição de armaduras se assegure um correcto funcionamento na ligação entre paredes.

Por seu  lado, a  ligação de um núcleo vertical aos pisos deve  também ser o mais eficaz possível o que  por  vezes  se  torna  difícil,  como  nos  casos  em  que  a  implantação  da  coluna  de  serviços  se localiza junto ao núcleo de escadas, frequentemente sugerido pelos arquitectos, constituindo assim uma abertura de dimensões  razoáveis que  impedirá uma  eficiente  transmissão de esforços entre este núcleo e a laje como se ilustra na figura 2.2.

A  redundância  estrutural  passa  por  criar  alternativas  na  transmissão  de  cargas  para  o  caso  de
existir alguma falta de resistência num elemento estrutural. Esta traduz-se num número superior de
ligações que uma estrutura possui para além das necessárias para equilibrar as cargas aplicadas.

O  efeito  do  comportamento  assimétrico  de  estruturas,  usualmente  referido  como  tendo  torção,  é inconveniente do ponto de vista da  resposta à acção sísmica.  Isto deve-se ao  facto de os pilares mais afastados do centro de rotação sofrerem esforços e deslocamentos mais elevados o que pode dificultar o seu dimensionamento e a adequada pormenorização. Como estudado no capítulo 7 da  presente dissertação,  para  evitar  este  efeito  é  fundamental  dotar  as  estruturas  com  rigidez  tanto quanto  possível  distribuída,  simetricamente  nas  duas  direcções,  no  sentido  de  fazer  coincidir  os alinhamentos de  mobilização  das  forças  de  inércia  com  a  resultante  das  forças  de  restituição elástica, ou seja, fazer coincidir o centro de massa dos pisos com o centro de rigidez dos elementos verticais subjacentes. Este procedimento é, por vezes, difícil de impor totalmente tendo em conta a irregularidade das estruturas e a compatibilização com a arquitectura, gerando-se a possibilidade de dimensionar  as  estruturas  de  modo  a  acomodar  alguma  torção.

Mesmo que as  considerações anteriores  sejam verificadas, existem sempre  factores que poderão provocar  torção na estrutura,  tais  como o movimento diferenciado do  solo, o  facto dos elementos estruturais de ambos os lados da estrutura não plastificarem simultaneamente induzindo diferenças de rigidez temporárias e o facto de a normal utilização do edifício poder criar assimetrias de massa. Como  tal, é aconselhável dotar as estruturas de uma  importante  rigidez de  torção através da colocação de elementos resistentes o mais afastado possível do centro de rigidez.

A  geometria  do  edifício  em  altura  é  um  factor  preponderante  do  comportamento  sísmico  de  uma estrutura.  Uma  variação  brusca  na  área,  e  consecutivamente  na massa,  de  um  piso  poderá  ter
implicações muito  nefastas  na  transmissão  das  cargas  dos  pisos  superiores  para  as  fundações, particularmente se essa alteração  implicar uma variação brusca de rigidez. No  7.3 estuda-se um modelo estrutural com estas características.

Verifica-se que os esforços resultantes da acção sísmica crescem de cima para baixo. Como tal, a existir variação de rigidez em altura deverá acompanhar a variação dos esforços e nunca o oposto. Tendo em conta as actuais exigências do ponto de vista da arquitectura, nem sempre é fácil garantir este requisito. A título de exemplo refira-se a supressão de um pilar ao nível do rés-do-chão como se ilustra na figura 2.3, onde o tipo de utilização destes espaços frequentemente o impõe, como no caso dos hotéis onde a malha de vãos optimizada para os quartos dos andares superiores se torna incompatível  com  a  utilização  do  piso  térreo.  Estas  variações  terão  de  ser  compensadas  com  o aumento de rigidez dos elementos verticais entre esses pisos.

Os  pisos  dos  edifícios  desempenham  um  papel  fundamental  na  resistência  à  acção  sísmica  no sentido em que compatibilizam os deslocamentos em  todos os elementos verticais, distribuindo os esforços horizontais pelos elementos, proporcionalmente à sua rigidez. Este facto resulta da grande rigidez das  lajes no planto horizontal que  impõem um comportamento quase de corpo rígido. Para se  garantir  este  comportamento  é  necessário  que  a  geometria  em  planta  possua  determinadas características,  nomeadamente,  que  apresentem  formas  convexas  e  compactas,  por  exemplo rectângulos com lados de comprimentos semelhantes ou círculos. Plantas com formas em L, T ou U ou com uma dimensão muito superior à outra,  têm grandes dificuldades em garantir o requisito de corpo rígido. Deste modo, é necessário conceber uma distribuição de rigidez adequada de modo a reduzir os efeitos da  torção, como se viu anteriormente, e diminuir a concentração de esforços na zona  das  reentrâncias.  Alternativamente,  poder-se-ia  dividir  a  estrutura  em  sub-estruturas independentes  e  com  formas  em  planta  mais  convenientes,  através  da  criação  de  juntas  de dilatação  entre  elas. Contudo  essa  solução  apresenta-se  por  vezes mais  onerosa  em  termos  de construção, de  funcionalidade da arquitectura, e em manutenção. No  7.4 analisa-se um modelo estrutural com planta em forma de L estudando-se alguns dos efeitos acima referidos.