Registos Históricos

Até à década de 60, o esforço de torção em estruturas de betão armado era em geral desprezado, quer por projetistas, quer por códigos e regulamentos. Dado não ser considerado um esforço primordial, acreditava-se que de algum modo esse mesmo esforço era absorvido por redistribuições internas de esforços nas estruturas e a segurança era garantida pela reserva de resistência que os coeficientes de segurança à flexão proporcionavam.

Os primeiros elementos estruturais de betão armado a considerar explicitamente a torção como esforço atuante principal no seu dimensionamento, foram as estacas-parafuso (screwpiles). Estas fundações eram constituídas por estacas pré-fabricadas de betão armado que incorporavam uma armadura transversal helicoidal específica para resistir ao momento torsor. A cravação era feita por meios mecânicos, onde as estacas eram simultaneamente comprimidas e torcidas. A magnitude do momento torsor era pré-determinada consoante o método de cravação e o cálculo da armadura determinada com base em bibliografia especializada e ensaios experimentais existentes na época.

Foi na década de 40 do século passado, que a ambição de dois projetos londrinos impulsionou, na comunidade científica, um sentimento de necessidade de estudar adequadamente a problemática da torção no betão amado.

O primeiro projeto era destinado à Ponte de Waterloo. Esta obra foi desenha por Sir Giles Gilbert Scott e entregue aos engenheiros Ernest Buckton e John Cuerel. Foi construída sobre o rio Tamisa entre 1942 e 1945. Para esta ponte foram concebidas duas vigas em caixão (com três células cada) para formar o elemento principal do tabuleiro. Contudo, o seu projeto antevia a existência de cargas excêntricas elevadas sobre as vigas em caixão que provocariam grandes momentos torsores sobre as mesmas. Dada a falta de informação técnica, foram construídas e ensaiados modelos de vigas de secção retangular cheia e oca nas proporções médias da viga da ponte. O objetivo destes ensaios era confirmar que o fator de forma para a rigidez de torção de um retângulo oco com núcleo excêntrico era o mesmo do que o fornecido pela teoria de St. Veant para um retângulo cheio de proporções similares. Os fatores de forma foram encontrados como sendo idênticos e observou-se que a tensão tangencial máxima na viga em caixão ocorria na parede mais fina.

Fig.1.1 – Ponte de Waterloo. (a) Registo fotográfico da ponte. (b) Pormenor da face inferior do

tabuleiro. (c) Corte transversal do tabuleiro.[32, 21, 7]

O segundo projeto era destinado ao Royal Festival Hall. Este auditório, ousado para a época, foi projetado por uma equipa de jovens arquitetos e engenheiros liderada pelos arquitetos Sir Robert Mathew e Dr Leslei Martin. A sua construção teve início em 1948 e levou 18 meses a ser concluída. O desafio desta equipa foi conceber e dimensionar uma viga em caixão, com secção triangular, sujeita a um esforço de torção elevado originado por uma laje em consola

a) b)

técnica suficiente sobre esta matéria e não há registos de se terem realizado ensaios experimentais para simular esta situação.

Fig.1.2 – Royal Festival Hall. (a) Registo fotográfico do edifício. (b) Corte do edifício. (c) Vista do caixão

triangular para suporte da laje em consola. [22, 7]

Ainda na década de 40 do século passado, após a segunda guerra mundial, verifica-se a ocorrência de um “boom” de modernização na arquitetura. Esta deixa de ser “plana” e ganha dimensões espaciais com formas complexas e irregulares. Esta nova conceção de estruturas originaram carregamentos de grande excentricidade que não permitiam o desprezar dos efeitos dos mesmos no processo de dimensionamento.

Nos anos 60, o desenvolvimento da Teoria dos Estados Limites Últimos (ELU) e a consequente redução dos fatores de segurança tornou inviável a hipótese de considerar a torção como um efeito secundário. A partir desse momento, a comunidade científica reage a esta problemática e mostra incentivo para a realização de estudos e determinação de cálculos específicos para a torção.

c) a)

São poucos os casos devidamente documentados em que se manifestaram problemas associados a uma insuficiente resistência à torção. Em 1964 é registada uma rotura numa viga inserida na estrutura de um parque de estacionamento na Florida (USA) [17]. Sobre a face da viga, é evidenciado o desenvolvimento de uma fenda única com desenvolvimento helicoidal (rotura típica de torção), a qual foi justificada por uma insuficiente armadura de torção da viga. Outro caso registado, foi o aparecimento de uma fenda, com a mesma tipologia da anterior, numa viga que suportava uma pesada varanda em consola.

Fig.1.3 – Rotura frágil por torção de uma viga num edifício. [7]

Em 1958, foi criada a Comissão 438 do American Concrete Institute (ACI 438) com o objetivo de estudar o problema da torção e promover a sua investigação. Esta Comissão foi pioneira na elaboração de regras e recomendações para o dimensionamento de elementos sujeitos à torção. Outros países seguiram o exemplo, como é o caso da União Europeia, que criou a comissão V “Esforço transverso – Torção” pelo Comité Européen du Béton (CEB), e também da União Soviética e da Austrália.

Hoje em dia, o cálculo computacional e a modelação constituem ferramentas fundamentais para resolver problemas de arquitetura arrojada. Estas ferramentas proporcionam um cálculo mais realista do comportamento das estruturas. Este mesmo cálculo seria bastante demoroso e penoso se realizado manualmente.

Apesar de já existir bastante investigação realizada sobre esta temática, a torção em vigas de betão estrutural continua a ser um tema atual. Para justificar esta afirmação, pode referir-se que as regras de dimensionamento e as verificações de elementos de betão armado à torção, incorporadas nas normas atuais, são ainda e em grande parte baseados em procedimentos semi-empíricos ou mesmo empíricos. Além disso, existem ainda alguns domínios no dimensionamento de vigas à torção onde o conhecimento científico ainda não conseguiu prever com suficiente certeza o comportamento estrutural, designadamente no que se refere

(ductilidade). Mais ainda, combinações de esforços, novos materiais e novas tecnologias de construção, são outros fatores determinantes no dimensionamento à torção que, em grande parte, ainda estão por explorar.