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Abstract(s)
O presente trabalho constitui uma contribuição para a conceção de estruturas esbeltas em
granito de alta resistência, nomeadamente para estruturas de cascas, vigas, pilares e arcos.
São abordados conceitos fundamentais da mecânica aplicada à conceção de estruturas, como
é o caso do conceito de força e do conceito de rigidez. As forças são consideradas como
resultantes de sistemas de interações magnéticas intermoleculares cuja intensidade se altera
com a ocorrência de deslocamentos relativos. O conceito de rigidez é associado à
sensibilidade para que se verifiquem variações das intensidades das interações nesses
deslocamentos relativos. Tendo por base o facto de as variações de forças estarem associadas
a deslocamentos intermoleculares relativos, introduz-se o conceito de fase transitória em
desequilíbrio, intervalo de tempo durante o qual a estrutura transita para uma nova
configuração e se geram as forças internas equilibrantes.
O funcionamento de uma estrutura em equilíbrio é associado a processos de transferência de
informação e caminhos de forças, cuja representação faz uso de campos vetoriais e conceitos
associados.
Os conceitos de rigidez e de caminhos de forças conduzem à ideia de via construtiva de
manipulação de rigidez para a conceção de estruturas. O procedimento corresponde à adição
de material onde se pretendem criar os caminhos de forças, com manipulação dos parâmetros
que influenciam a rigidez, de modo a que o sistema de forças resultante seja adequado às
condicionantes presentes.
O comportamento mecânico do granito de alta resistência foi estudado, com abordagem dos
processos de destruição interna por formação e progressão de fissuras. É proposto que, sob
solicitações longitudinais de compressão, as forças transversais de tração nas pontas das
fissuras, responsáveis pela progressão, são resultantes do deslocamento relativo das suas
faces irregulares encaixadas. Com base nesse modelo são estudados os diferentes fatores que
influenciam a progressão de fissuras e, consequentemente, a resistência mecânica à
compressão. Esses fatores são, nomeadamente, os gradientes das tensões de compressão, a
velocidade do carregamento, a dimensão dos grãos, a composição química do granito e o nível
de confinamento transversal.
O conceito de “material” é entendido como um sistema estrutural, por exemplo, na forma de
mini e micropilares interligados, não se considerando adequada a utilização geral de modelos
e teorias idealizadas para domínios homogéneos e contínuos. O equilíbrio de estruturas de cascas é estudado através de campos vetoriais, sendo proposto
um procedimento de obtenção de formas anti-funiculares para sistemas de forças internas
predefinidos. Em cascas para coberturas, por exemplo, esses sistemas de forças
correspondem a projeções horizontais dos esforços de membrana, que se podem associar ao
equilíbrio de “parede”, e a sistemas de forças verticais associados a soluções de “laje”. O
sistema de forças predefinido apenas se verifica na estrutura resultante através do recurso a
pré-esforço, que garante que a fase transitória em desequilíbrio seja mínima. Caso contrário,
existe uma dependência dos parâmetros de rigidez e a transição em desequilíbrio que a
estrutura tem que verificar implica sempre diferenças entre o sistema de forças predefinido e
o resultante. O procedimento proposto difere da obtenção de forma anti-funicular por
inversão de membranas suspensas, em que existe dependência da rigidez do sistema. Nesse
caso, as soluções podem ainda ser controladas, por exemplo, através da manipulação de
rigidez nas zonas de apoio, em contraste com o procedimento alternativo em que o controlo é
feito através do pré-esforço.
As soluções propostas para pilares e vigas consistem na associação de escoras de cantaria a
sistemas laterais de contraventamento na forma de cabos de pré-esforço e escoras de ligação.
A rigidez do sistema de contraventamento confere-lhe capacidade de transferência de cargas
transversais e resulta em importantes aumentos de carga crítica da escora. A capacidade de
carga do conjunto é condicionada pela existência de defeitos de fabrico como, por exemplo,
no contacto entre superfícies empenadas ou com rugosidade macroscópica. Para a
implementação das soluções torna-se necessário um rigoroso controlo de qualidade no
processo de corte e na montagem dos elementos de cantaria.
São propostas soluções para pontes de arco articulado com vão da ordem de 250 m, composto
por troços retos na forma de escoras de cantaria contraventadas por cabos laterais e escoras
transversais de ligação. Nos nós articulados concorrem os troços do arco e os pilares de apoio
das vigas do tabuleiro. Nas soluções propostas, a função de equilíbrio de sobrecargas
rodoviárias ou ferroviárias é partilhada pelas vigas contínuas do tabuleiro e por sistemas
adicionais de rigidez constituídos por cabos de pré-esforço. Essa solução permite reduções
importantes das necessidades de rigidez e resistência das vigas do tabuleiro. Para arcos
articulados com vãos da ordem dos 250 m sem os referidos sistemas de cabos, essas vigas
resultariam demasiado volumosas, com secções transversais de dimensões desproporcionadas
relativamente às dos restantes elementos da ponte. As soluções propostas para grandes vãos
contrastam com as soluções que resultariam da simples ampliação de soluções
“convencionais” de pontes de arco fino de pequenos vãos, que seriam mesmo inviáveis para
utilizações mais exigentes como é o caso da utilização ferroviária. O reduzido consumo de
material no arco que resulta da adoção dos sistemas laterais de contraventamento e o
processo construtivo simplificado de um arco articulado apresentam-se vantajosos, tendo em
conta as importantes reduções de peso e a maior adequação à pré-fabricação.
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Keywords
Engenharia estrutural Estruturas em granito - Concepção Estruturas em granito - Dimensionamento