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6- Utilização de estruturas metálicas (reabilitação e reforço)

6.1 Introdução

A tendência actual é de preservação da herança arquitectónica, o que

está intimamente ligado com as seguintes intervenções em edifícios

antigos, normalmente ligadas à sua danificação ou alteração de

utilização:

� Reforço

� Reutilização

� Modernização

Actualmente uma preocupação de projecto (estrutural e não estrutural)

deve ser a possibilidade de intervenção futura neste domínio.

As intervenções são naturalmente realizadas ou em edifícios comuns ou

em edifícios de interesse arquitectónico. Em ambos os casos o aço,

através de estruturas metálicas é um material de eleição, pois:

� É estruturalmente eficiente

� É arquitectonicamente interessante

� Facilmente pré-fabricado em componentes

� Montagem simples e rápida (ligações), e minimização de

equipamento

� Minimização da privação de uso, quer pela montagem, quer pela

imediata resistência

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6.2 Níveis de reconstrução

Do ponto de vista estrutural, os trabalhos com estruturas metálicas

podem ser classificados como:

� Assegurar segurança

� Reparação

� Reforço

� Reestruturação

A salvaguarda de um determinado nível de segurança pode ser uma

intervenção na sequência de uma acção acidental, tal como sismo ou

impacto, ou uma deterioração não monitorada, como no caso da

corrosão. Pode ser necessário recorrer a estruturas provisórias.

Após a salvaguarda de segurança, segue-se então a reparação e/ou o

reforço

A reparação significa devolver ao edifício a sua segurança pré-existente.

O reforço significa aumentar o seu nível de segurança, quer por

deficiências de projecto ou execução, quer pela necessidade de

reconversão. As intervenções de reforço podem ser:

� Alterações a elementos estruturais individuais, sem alterar

significativamente o seu desempenho global

� Alterações profundas e globais

A reestruturação por seu lado envolve alterações profundas, como no

caso de extensão horizontal ou vertical, ou na formação de espaços

livres.

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6.3 Estruturas temporarias

Pela sua eficiência, facilidade de execução e montagem, e também de

desmontagem, as estruturas metálicas são das mais adequadas a esta

utilização particular. Referem-se algumas aplicações concretas:

6.3.1 Suportes verticais provisórios

É exemplo o escoramento com perfis laminados de colunas de pedra

�

Palazzo Carigliano, Turin, Italy

A execução de aberturas em paredes de pedra ou alvenaria necessitam

de apoios temporários, até à instalação da estrutura definitiva. Caso

sejam usadas vigas metálicas é necessário verificar a sua segurança

relativamente a:

� Capacidade resistente das secções à flexão e esforço transverso

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� Encurvadura lateral

� Ligações (se aplicável)

�

Needles and props used for temporary vertical support to wall during reconstruction work.(ESDEP)

6.3.2 Estabilização de elementos verticais

A estabilização de elementos verticais, frequentemente fachadas, pode

ser realizada através de estruturas metálicas de diversos tipos,

colocadas:

� Exteriormente, que praticamente não interferem com os trabalhos

no interior, sendo apenas de realizar previamente os trabalhos de

remoção de portas e janelas. Tem no entanto os inconvenientes

relacionados com a ocupação da via pública em meios urbanos

� Interiormente, não tendo os inconvenientes atrás citados, mas que

pode interferir seriamente com os trabalhos ou mesmo com a

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definição da estrutura. Porém, a estrutura temporária pode em todo

ou em parte ser aproveitada para estrutura definitiva.

�

Facade retention systems (ESDEP)

�

escoramento de fachada

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Uma metodologia aplicável pode ser o escoramento mútuo de fachadas

opostas, o que pode ser executado antes da demolição total do edifício

interiormente.

�

Flying shore system

�

The old Moller Theatre in Darmstadt, Germany

Uma das preocupações fundamentais consiste na colisão destes

sistemas com a estrutura a colocar.

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É fundamental o contraventamento da estrutura face às acções

horizontais, e para não ocupar a via pública nem restringir demasiado o

espaço interior, a incorporação de tirantes poderá ter que ser a solução:

�

Temporary steel ties to prevent spread across façade (ESDEP)

Execução de caves:

�

Construction of a new basement - to achieve the maximum lettable floor area - as part of a refurbishment contract in the centre of London (ESDEP)

� �

6.4 Soluções construtivas metálicas (reabilitação e reforço)

O dimensionamento deste elementos passa, normalmente:

� Pela avaliação das acções

� Pela avaliação da resistência dos elementos existentes

� Pela decisão do nível de reforço (interacção reforço-estrutura)

� Avaliação dos esforços nos elementos de reforço

� Dimensionamento dos elementos de reforço: chapas traccionadas,

ao corte, à compressão, elementos de ligação como parafusos ou

soldaduras

� Avaliação dos esforços de conexão aço betão e seu

dimensionamento.

Deve ser incorporada protecção contra o fogo (se aplicável, por exemplo

em estruturas de betão armado) e corrosão.

Faz-se aqui uma ilustração da utilização de estruturas metálicas no

reforço de estruturas de diferentes materiais.

6.4.1 Reforço de estruturas de alvenaria

Para fazer face às acções verticais ou horizontais, como no caso de

assentamentos de fundações, ou acções sísmicas.

No caso do reforço face a acções verticais, pode usar-se:

� Ladear os pilares de pedra por pilares metálicos

� Inserir pilares metálicos ao longo da fachada e a ela ligados

pontualmente

� �

� Inserir estruturas metálicas na bordadura de aberturas

Post Office, Leeds, UK

No caso de reforço face a acções horizontais, pode recorrer-se:

� Criação de anéis horizontais ligados entre si

� Estabilização dos cantos dos edifícios através de perfis com

triangulações ou pórticos acoplados

� Introdução de contraventamentos de estruturas metálicas por

ligação adicional entre elementos existentes

� Introdução de contraventamentos de estruturas metálicas por

estruturas trianguladas

� ���

travamentos de fachada

Exemplo de reforço de arcos de alvenaria

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6.4.2 Reforço de estruturas de madeira

Os tradicionais pavimentos de madeira podem ser facilmente reforçados

usando estruturas metálicas.

Reforço de vigas de Madeira por introdução de perfis metálicos paralelos

Reforço de vigas de Madeira por introdução de perfis metálicos paralelos

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Podem ser introduzidas variantes, como a utilização de cantoneiras,

chapas pregadas ou coladas na parte inferior ou lateral das vigas, ou

reforço pela parte superior do pavimento, com posterior betonagem de

betão leve (eventual cofragem colaborante)

6.4.3 Reforço de estruturas de betão armado

A solução mais comum passa pela colocação de perfis metálicos ou de

chapas metálicas convenientemente ligadas ao betão armado

(conectores, resinas, etc). Estas chapas são normalmente ligadas às

faces superiores e inferiores para aumentar a resistência à flexão ou às

partes laterais para reforçar ao esforço transverso.

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Reforço de lajes de betão usando perfis metálicos

Em lajes com capitéis o procedimento torna-se menos prático e mais

dispendioso.

laje fungiformes com capitéis salientes

Uma forma muito eficaz de reforço sísmico é a colocação de estruturas

metálicas de contraventamento

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diferentes contraventamentos

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Exemplo de contraventamento

6.4.4 Reforço de estruturas de aço ou ferro

Para reforçar estruturas metálicas existentes podem ser usadas diversas

técnicas (atenção às propriedades do material original). São exemplos a

soldadura de chapas de banzo ou de cantoneiras. Um exemplo a

assinalar é a mobilização da acção mista aço-betão, introduzindo

conectores.

A ligação entre os 2 elementos deve ser analisada cuidadosamente. Se

aparafusado deve ser analisada a perda de resistência provocada pela

furação na fase de montagem. Por outro lado deve ser avaliada a

soldabilidade do material existente. Por exemplo o ferro forjado não pode

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ser soldado. Estruturas metálicas das décadas de 1910 a 1930

normalmente são constituídas já por aço carbono, podem ser soldadas

com eléctrodos apropriados mas requerem normalmente pré-

aquecimento para diminuir a taxa de arrefecimento.

exemplos de reforço

Devem ser realizados ensaios para avaliar o aço existente, pois existe a

possibilidade de ter havido reutilização de materiais.

Alguns aspectos tecnológicos:

� Preferir soldadura por cordão a soldaduras de topo

� Especificar soldaduras de fácil acesso (qualidade)

� Orientar os cordões preferencialmente na direcção das tensões

� As secções mais espessas necessitam provavelmente de um pre-

aquecimento, para que no processo de arrefecimento não haja

tensões residuais muito significativas

� Controle de qualidade da soldadura real, através de ensaios

representativos.

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6.5 Modificações de estruturas de edifícios

Os níveis de intervenção já referidos podem resultar em:

� inserção de partes da estrutura

� extensão da estrutura

� substituição de elementos estruturais ou não estruturais existentes

por materiais mais leves

� substituição integral da estrutura - apenas mantendo fachadas (s).

�

exemplo de pavimento mais leve

Nestes trabalhos deve ser realizada cuidadosamente a avaliação

estrutural antes da intervenção, durante, e após, tendo em conta as

alterações de distribuição de acções.

Muitas vezes a substituição completa de uma cobertura em madeira

pode ser aproveitada para incorporar uma estrutura metálica que tenha

simultaneamente funções de diafragma sismo-resistente.

Quanto aos aspectos económicos e político-sociais, importa realçar que

embora a substituição integral de uma estrutura mantendo a fachada

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seja normalmente mais cara do que a execução de um edifício de raíz,

aquele procedimento pode permitir uma maior área de construção do

que um novo edifício, resultando numa relação final custo-benefício mais

favorável para o cliente. São frequentemente também soluções impostas

pelas entidades licenciadoras, como no caso da manutenção de

fachadas em zonas históricas.

Os princípios gerais a que uma reestruturação deve obedecer são

basicamente os mesmos de uma nova estrutura, com os aspectos

adicionais de compatibilização com os elementos existentes, como as

fachadas e ligação a esses elementos. O processo construtivo com as

etapas de construção são também condicionantes importantes.

Um aspecto relevante é a deformação suportada pelos elementos não

estruturais pré-existentes (por exemplo fachadas), que podem

condicionar o dimensionamento de toda a nova estrutura

(deformabilidade horizontal, por exemplo).

O processo típico de reconstrução com estrutura metálica envolve as

seguintes etapas:

� Fase de projecto:

o escolha global da solução, com os elementos a manter e os

elementos a demolir;

o a solução pode ser ditada pelo tipo de edifício (edifício onde

se pretende estrutura de madeira, por exemplo);

o escolha da solução para as lajes de piso, muitas vezes

condicionadas pela ponderação entre os vãos a vencer, as

aberturas existentes nas fachadas (a manter), as instalações

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especiais a incorporar, eventual existência de tectos falsos,

etc);

o esta ponderação levará à escolha do tipo de material

estrutural e ao funcionamento das lajes (1D ou 2D);

o uma grelha de vigas justapostas podem permitir a passagem

de condutas pararelamente às vigas secundárias. (quando

existe grande folga para o pé-direito);

o vigas tipo IFB podem ajudar a reduzir a altura estrutural e

facilitar a passagem de instalações, mantendo as vantagens

de uma solução mista aço-betão;

o vigas metálicas com aberturas nas almas (tipo encastelado

por exemplo) podem ser a melhor solução para vãos

apreciáveis;

o se as condições locais permitirem, o recurso a pré-lajes de

betão armado pode ser uma solução económica, pois

minimiza as cofragens. A melhor solução passa pela

incorporação de conectores aço-betão: acção mista;

o a cofragem de chapa metálica colaborante é uma boa

solução, pois além de eliminar a tradicional cofragem é de

simples manuseamento e montagem, e revela-se económica

no dimensionamento estrutural. A protecção ao fogo pode

ser conseguida através dos revestimentos adequados ou da

incorporação de armaduras secundárias. Tem a grande

vantagem de ser facilmente cortada em obra e por isso

acomodável às irregularidades dos elementos existentes.

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� Fase de execução:

o estrutura metálica provisória de estabilização das fachadas

(se necessário);

o demolição da estrutura interior existente;

o execução da estrutura metálica. Neste aspecto deve ter-se

em conta, e logo desde a fase de projecto, à dimensão dos

elementos especificados, pois como referido a facilidade de

manuseamento reflecte-se numa redução de custos de

execução;

o preparação para a ligação da nova estrutura à fachada

existente. Esta solução depende se se pretende apenas

estabilizar a fachada ou se há transmissão de acções

verticais. Uma solução tradicional consiste em inserir

elementos metálicos (parafusos longos na alvenaria

convenientemente chumbados), ou furação completa da

parede com apoios do lado oposto. Atenção aos aspectos

relacionados com a corrosão, pode ser conveniente em

alguns casos usar elementos de ligação em aço inox.

o Em virtude da possibilidade de movimentos diferenciais das

fundações, uma solução conveniente pode passar pela

incorporação de elementos flexíveis na direcção vertical

o execução dos restantes elementos estruturais (betão armado

por exemplo).

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Ligação através de chapas – flexibilidade vertical.

Ligação através de cantoneiras aos pilares.

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Uma solução muitas vezes posta em prática é a execução da estrutura

metálica definitiva antes da demolição (total ou parcial, apenas na

vizinhança das fachadas), usando-a ao mesmo tempo para estabilizar a

fachada, poupando a estrutura provisória. Este processo tem maior

viabilidade no caso de interiores em madeira. As vigas podem ser

incorporadas por baixo ou por cima da estrutura a demolir.

Execução prévia da estutura com travamentos provisórios.

Fase de demolição com estrutura pré-executada.

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Fase de construção da restante estrutura.

6.6 Alguns exemplos (case studies)

6.6.1 : Office Building, Sea Containers Limited, London,

Great Britain

Foi construída a estrutura de um edifício com 12 pisos destinado um

hotel, mas o projecto foi abandonado. Na estrutura inicial, nos pisos

superiores a transmissão de acções era realizada através de paredes

espaçadas de 3,6 m (dimensão padrão dos quartos), e nos pisos

inferiores toda a estrutura descarregava em pilares fundados por

estacas, com vãos de 7,2m.

O edifício foi comprado por uma empresa que pretendia transformar o

edifício em escritórios, com espaços amplos. Era então necessário

substituir o as paredes por uma estrutura porticada metálica que

suportasse as lajes.

Para facilitar a execução, a demolição das paredes não se concretizou

até às fachadas, deixando troços junto as estes elementos que

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passaram a funcionar como os pilares de fachada em conjunto com a

nova estrutura.

Os perfis metálicos usados foram do tipo U colocados de cada lado das

paredes a demolir, e ligados às lajes superiores.

6.6.2 : Conversão de fábrica em ginásio (Como-Itália)

A estrutura original era uma estrutura de betão armado com 2 pisos e

pilares no interior. A estrutura metálica foi construída suportando

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completamente o piso de cobertura, e demolindo os pilares, vigas e laje

intermédia.

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6.6.3 : Rue De L'ourcq, Paris, France

Trata-se de uma reestruturação completa de um edifício parisience onde

o pátio interior foi ocupado em parte por estrutura metálica aparente. O

resto da estrutura existente era metálica

6.6.4 : Abadia de Val de Saint Lambert, Seraing, Bélgica

Trata-se de uma reestruturação da cobertura da abadia do séc. XIII

completamente realizada pelo interior, em estrutura tubular curva.

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6.6.5 : Palácio da Justiça – Ancona, Itália

Trata-se de uma reestruturação completa de um edifício renascentista

onde era imperioso manter as fachadas, com todas as suas aberturas.

Foi assim imaginada uma estrutura com 4 torres de betão armado

(9*9m) servindo de comunicações verticais e contraventando o edifício

face às acções horizontais, e servindo de suporte vertical ao telhado e a

5 pisos suspensos na estrutura da cobertura. Com esta solução

conseguiram-se espaços amplos no piso térreo, sem pilares.

A estrutura metálica de suspensão é relativamente simples, pois

consiste em 4 pares de treliças principais suportadas pelas 4 torres,

dispostas no perímetro do edifício. Cada par de treliças forma um caixão

com 1,8 m de largura e 4 m de altura. Todos os elementos da treliça

eram constituídos por perfis I, ligados através de chapas de gusset.

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A modelação foi portanto bastante simples, bem como o

dimensionamento. Em virtude de haver duas treliças dispostas

paralelamente e ligadas entre si, os problemas de instabilidade lateral de

cada treliça foram facilmente ultrapassados. O vão intermédio é de cerca

de 21,5 m.

As lajes são mistas aço-betão, estando suportadas por vigas suspensas

das treliças.

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i. : Edifício de pequeno porte em Coimbra

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