No seguimento da análise efetuada aos edifícios construídos e recentes propostas para a aplicação da MLCC na construção de edifícios em altura, pretende-se agora analisar algumas das soluções estruturais existentes. Sendo um dos objetivos desta investigação propor uma solução construtiva que seja capaz de contornar os problemas e os aspetos negativos das soluções analisadas, é feito agora um breve estudo daquilo que são os sistemas possíveis de serem adotados com soluções metálicas e em betão armado.
Fazlur Khan, engenheiro de estruturas, publicou em 1969 um guia onde é feita a classificação de diversas soluções construtivas, relacionando a altura dos edifícios com as
capacidades de cada solução apresentada [13]. Com esta publicação surgem dois esquemas, onde
se percebe graficamente as diferentes soluções estruturais utilizando o aço ou o betão armado. Isto marcou o início de uma nova era na construção de edifícios altos em termos de múltiplos sistemas estruturais. Os esquemas apresentados na imagem 10 foram concebidos tanto para estruturas em betão como estruturas em aço.
13 Publicação referida: ‘Heights for Structural Systems’ Diagrams, Fazlur Khan, 1969. In ALI, Mir M; MOON, Kyong Sun, Structural Developments in
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Imagem 10 – Classificação dos Sistemas Estruturais para Edifícios Altos por Fazlur Khan (imagem de cima: aço, imagem de baixo: betão armado)14
De acordo com este autor [15], a estrutura rígida que tinha vindo a dominar os projetos da
construção em altura não é o único sistema apropriado para o efeito. Tendo como base um maior conhecimento da mecânica dos materiais e do seu comportamento, Khan fundamenta que a estrutura pode ser tratada de forma holística, isto é, o edifício em estudo pode ser analisado a três dimensões, com o auxílio de simulações em computador, ao invés de ser estudado como uma série de sistemas planares em cada uma das direções principais. Assim sendo, para Fazlur Khan, os sistemas viáveis de serem utilizados na construção de edifícios altos são as armações rígidas (rigid frames), as paredes de corte (shear walls), as combinações interativas armação–parede de corte (frame–shear wall), as treliças (belt trusses) e as várias opções tubulares (tubular systems), tal como é visível nos diagramas apresentados na imagem 10 para cada os dois materiais mais utilizados.
Para além da questão da análise do edifício em três dimensões, Khan, afirma que os sistemas estruturais dos edifícios altos podem ser divididos em duas categorias: as estruturas
14Fonte: ALI, Mir M; MOON, Kyong Sun, Structural Developments in Tall Buildings: Current Trends and Future Prospects, Architectural Science
Review - Volume 50.3, pp. 205-223, 2007.
15In ALI, Mir M; MOON, Kyong Sun, Structural Developments in Tall Buildings: Current Trends and Future Prospects, Architectural Science Review
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interiores e as estruturas exteriores. Esta classificação é feita com base na distribuição dos elementos resistentes no edifício. Assim, diz-se que uma estrutura é interior quando a maioria dos elementos resistentes se encontram no interior do edifício, e diz-se que é uma estrutura exterior quando os elementos resistentes se localizam maioritariamente no perímetro do edifício. Apesar de haver esta classificação por categorias, deve salientar-se que qualquer um dos sistemas pode integrar componentes de menores dimensões quer no interior, quando se trata de uma estrutura exterior, quer no perímetro do edifício, quando se recorre a um sistema de estrutura pelo interior. Esta classificação é feita com o objetivo de ser uma orientação, um guia, e por isso mesmo deve ser tratada como tal.
Na imagem 11, são apresentados os sistemas de estruturas pelo interior que Khan propõe na sua publicação. No entanto, nem todos os sistemas são adequados a todo o tipo de edifícios altos, é necessário ter em atenção, entre outras coisas, o tamanho e a função de edifício que se pretende. Por exemplo, a solução de armações rígidas (rigid frames) não é eficiente para edifícios com mais de 30 andares uma vez que a flexão das colunas e vigas quando sujeitas a esforços provocam um excessivo balanço do edifício. Por outro lado, as treliças de corte em aço (steel shear trusses) ou as paredes de corte em betão (shear walls), por si só podem ser capazes de oferecer resistência para edifícios de até 10 ou 35 pisos, respetivamente, em função da proporção altura-largura do sistema.
Imagem 11 – Sistema de Estrutura Interior 16
No que respeita às estruturas pelo interior, imagem 11, os dois sistemas básicos capazes de resistir às cargas laterais são as armações momento-resistente (moment-resisting frames) e as
16Fonte: ALI, Mir M; MOON, Kyong Sun, Structural Developments in Tall Buildings: Current Trends and Future Prospects, Architectural Science
27 treliças de corte/paredes de corte (shear trusses/shear walls). Estes dois sistemas são normalmente dispostos em montagens planares nas duas direções principais mas podem ser utilizados em conjunto, funcionando como um sistema combinado no qual interagem. Outro sistema muito importante nesta categoria é o núcleo central estrutural ou núcleo de suporte (core- supported outrigger). Este é muito utilizado na construção de edifícios altos, por ser um sistema que se assemelha ao funcionamento dos mastros dos barcos à vela. Isto é, há já muitos anos que na indústria naval se recorre ao ‘sistema de núcleo central resistente’ como método capaz de resistir à força do vento a que as velas estão sujeitas, fazendo com que os mastros altos e delgados sejam estáveis e fortes. De acordo com Fazlur Khan, pode utilizar-se o mesmo conceito estrutural para a construção de edifícios em altura.
Relativamente às estruturas pelo exterior, representadas na imagem 12, um dos sistemas mais utilizados é o sistema de tubo (tube), o qual pode ser definido como uma estrutura tridimensional que recorre ao perímetro do edifício, na sua totalidade, para resistir às cargas laterais a que o edifício está sujeito. A primeira aplicação deste conceito está atribuída a Fazlur Khan, que concebeu o sistema em 1961 e projetou um edifício de 43 pisos em Chicago, o DeWitt- Chestnut Apartment Building concluído em 1965, que é considerado o primeiro edifício construído com o sistema de estrutura pelo exterior de tubo. Ao longo dos anos foram construídos vários edifícios, alguns dos mais altos do mundo, com recurso ao conceito de estrutura tubular. São exemplo dessa aplicação a Sears Tower (110 pisos), o John Hancock Center (100 pisos), os dois
em Chicago e ainda as conhecidas torres do World Trade Center em Nova Iorque, com 110
andares, destruídas em 2001. Atualmente é bastante comum optar-se pelo conceito de estrutura tubular ou por uma variação deste sistema para projetos de edifícios com mais de 50 andares. A introdução deste tipo de sistema estrutural foi revolucionária, na medida em que, pela primeira vez, foi explorada a resposta tridimensional do edifício, o que permitiu o afastamento do sistema convencional de estrutura rígida de grelha viga-pilar ligados de forma rígida.
Imagem 12 – Sistema de Estrutura pela Exterior 17
17Fonte: ALI, Mir M; MOON, Kyong Sun, Structural Developments in Tall Buildings: Current Trends and Future Prospects, Architectural Science
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Os critérios de escolha da solução construtiva adequada na construção de um edifício em altura abrangem aspetos como as dimensões do seu volume, a determinação das cargas a que estará sujeito, o conhecimento das condições específicas do local de implantação, as exigências do programa funcional a instalar, o conceito arquitetónico ou a expressão formal pretendida. A opção técnica resultante poderá enquadrar-se num dos tipos clássicos anteriormente apresentados ou na sua combinação, podendo também ser introduzidas novas soluções
A compreensão destas diferentes abordagens ao sistema construtivo recorrendo aos materiais mais utilizados na construção de edifícios altos serve de suporte à presente investigação para a proposta de novos conceitos, novos materiais e novas formas de construir.