UM MONUMENTO EM AÇO INOXIDÁVEL EM HOMENAGEM A ALEIJADINHO*

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1 UM MONUMENTO EM AÇO INOXIDÁVEL EM HOMENAGEM A ALEIJADINHO* E. C. de Araújo (1) C. S. Morais (2) G. C. Dias (3) U. K. Rozenwajn (4) Resumo Apropriou-se dos pináculos das igrejas de Ouro Preto / Minas Gerais / Brasil, referenciados na Igreja São Francisco de Assis para representar, em um objeto escultório, a genial obra de Antônio Francisco Lisboa, o Aleijadinho, como arquiteto e escultor. A linha que faz o perfil desses pináculos foi o fio condutor na construção de uma imagem que busca o diálogo entre a profusa elaboração do desenho barroco e o despojamento de um desenho contemporâneo. A criação no aço inoxidável dessa imagem reforça sua identidade com a época onde o recente uso deste material, mormente no Brasil de final e princípio de séculos, indica o desenvolvimento de novos padrões estéticos. Além da arte e da arquitetura concebidas na pesquisa para criação do monumento, neste trabalho amplia-se os estudos no âmbito da engenharia para promover os cálculos estruturais, detalhamentos, fabricação e montagem. Conclui-se arquitetônico e artisticamente que o aço inox vislumbra a idéia de material moderno, futurístico, versátil e com grande resistência à corrosão, exigindo mão-de-obra especializada e alto grau de precisão nos vários níveis de utilização. Por outro lado, através de análise estrutural utilizando-se a teoria dos elementos finitos, verificou-se que pelas boas características mecânicas do aço inox é possível desenvolver dimensões menores e conseqüentemente de menor peso. Palavras-chave: aço inoxidável, estrutura, monumento, dimensionamento. Abstract The wonderful work of Antônio Francisco Lisboa, the Aleijadinho, like one architect and sculptor, was appropriated in the pinnacles of Ouro Preto s churches, Minas Gerais, Brazil referenced in the Church of S. Francisco de Assis in order to represent into one sculptable object. The line that does the profile of these pinnacles was the main element to the construction of one image that searches the dialogue between the refuse elaboration of the baroque design and the despoilment of contemporary one. The creation on the stainless steel of this image gives power to its identity with the time when the recent use, mainly in Brazil in the end and beginning of centuries, has indicated the development of new aesthetic standards. Beyond the art and the archictecture born along the research to the creation of the monument, in this paper the studies in the range of engineering are raised in order to promote the structural calculations, making and setting. It was conclude architectonic and artistically that the stainless steel shows the idea of modern material, from the future, versatile, and strongly resistant to the corrosion, asking specialised human work and high grade of precision in the several levels of using. On the other hand, through of one structural analyse using the theory of finite elements, it was verified that because the good mechanical characteristics of the stainless steel, it is possible to develop smaller dimensions and consequently a lighter weight. Key-words: stainless steel, structure, monument, design. * VII SEMINÁRIO BRASILEIRO DO AÇO INOXIDÁVEL, 23 a 25 de novembro de 2004, São Paulo/SP. (1) Professor, D. Sc., Escola de Minas, UFOP, Ouro Preto/MG, ecar@em.ufop.br (2) Engenheiro Civil, M. Sc., Escola de Minas, UFOP, Ouro Preto/MG, cassuleta@yahoo.com.br (3) Arquiteta Especialista em Restauração de Monumentos Históricos, UFOP, Ouro Preto/MG. (4) Artista Plástico/Arquiteto, Fundação de Artes de Ouro Preto, Ouro Preto/MG. *VII Seminário Brasileiro do Aço Inoxidável, São Paulo, 23 a 25 de novembro de As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade dos autores.

2 1 Introdução Faz-se a análise e o dimensionamento do sistema estrutural de um monumento em homenagem a Aleijadinho (Antônio Francisco Lisboa) (Figura 1). A estrutura proposta é subdividida em dois subsistemas principais com aços diferentes. No primeiro através de uma estrutura interna vertical, utiliza-se perfis tubulares em aço ASTM A-36 e no segundo tem-se uma estrutura em casca externa (Chapas de aço Inox 304) que além do efeito estrutural tem a função de fechamento e acabamento, que por sua vez é vinculado a outra subestrutura composta de cantoneiras (em aço Inox 304). Figura 1 Maquete eletrônica do monumento As análises estruturais foram realizadas através da utilização do software comercial ANSYS Versão 6.0 (1). O lançamento estrutural foi baseado nos projetos artístico e arquitetônico do monumento levando em consideração os critérios de padronizações, fabricação e montagem. Realizou-se análise tridimensional (3D) da estrutura levando-se em conta as interações entre a estrutura tubular e o sistema em aço INOX. As ligações foram concebidas como sendo parafusadas. Além dos critérios técnicos e plásticos do aço inox como proposta na definição do monumento, este material atuou como importante elemento estrutural para a garantia da estabilidade vertical do sistema estrutural. A seguir serão desenvolvidas as análises estruturais, ressaltando que para a estrutura em aço INOX são apresentados além dos esforços de cálculo, os estados de tensão das partes constituintes. Apresenta-se posteriormente os resultados dos dimensionamentos das estruturas envolvidas.

3 2 Materiais e Métodos Nesse item apresenta-se as determinações das ações, as suas combinações e a análise tridimensional de toda a estrutura, bem como os seus deslocamentos horizontais. Os tipos de ações utilizadas foram: sobrecarga (Sc), carga permanente (CP) e ações devido ao vento (CV). As ações Sc e CP foram obtidas, respectivamente, através da norma NBR 6120:1980 (2) e de catálogos de fabricantes. A ação CV foi obtida através da NBR 6123:1988 (3). Esses tipos de ações foram aplicadas na estrutura por área de influência, tendo dois tipos de carregamento CV : carregamento a 0 ou a 90 e carregamento a 45. As ações atuantes foram combinadas devido ao fato das mesmas poderem atuar simultaneamente. Com isso, definiu-se as combinações de ações para os estados limites últimos e para os estados limites de utilização segundo a NBR 14762:2001 (4) e a NBR 8800:1986 (5), como apresentadas na tabela 1. Tabela 1 Coeficientes utilizados nas combinações de ações para os estados limites últimos e para os estados limites de utilização. Combinações Tipos de Carregamento Estados Limites Últimos Estados Limites de Utilização C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 CP 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1 1 Sc 1,4-1,4 0,91 0,56-1,4 0,91 0,56 0,3 0,3 CV a 0 ou a 90-1,4 0,84 1,4 1, CV a ,4 0,84 1,4 1,4-1 A concepção estrutural foi dividida em duas partes. A primeira, constituída de uma estrutura tubular, onde os elementos são conectados através de ligações soldadas, é responsável principalmente pela estabilidade horizontal global de toda a estrutura e pela sustentação da segunda parte e de outras peças em aço INOX que compõem o monumento. Esta segunda parte, por sua vez, é constituída de cantoneiras e placas em aço INOX 304, onde as cantoneiras são soldadas entre si e envolvidas por placas, fazendo com que estes elementos trabalhem em conjunto e, assim, contribuindo para a estabilidade horizontal global de toda a estrutura. Vale ressaltar que a conecção entre a primeira e a segunda parte é realizada através de uma ligação parafusada padrão constituída de placas em aço INOX 304. Em relação ao procedimento de montagem, fixa-se primeiramente a estrutura tubular nas fundações, em seguida as outras peças em aço INOX e por fim a estrutura de cantoneiras e placas também em aço INOX. Na análise estrutural 3D desta edificação, utilizou-se o software ANSYS Versão 6.0 (1), onde as análises são realizadas através do Método dos Elementos Finitos (MEF). Fez-se uma análise linear e os elementos finitos utilizados foram elementos

4 de barra uniaxiais tridimensionais de dois nós com 3 e 6 graus de liberdade por nó (estrutura tubular a cantoneiras em aço INOX) e elementos de casca tridimensionais de quatro nós com 6 graus de liberdade por nó (placas em aço INOX). Os tipos de cargas utilizadas foram cargas pontuais e uniformemente distribuídas. Primeiramente na análise estrutural realizou-se a modelagem da estrutura que é mostrada na figura 2. Em seguida, os carregamentos CP, Sc e CV foram aplicados na estrutura. 3 Resultados Realizou-se todas as combinações de ações para o Estado Limite Último, conforme a tabela 1, determinando-se os esforços solicitantes de cálculo para cada elemento. A figura 3 apresenta alguns esforços nos elementos devido à combinação C6, com o objetivo de exemplificar esse passo da análise. Com a obtenção dos esforços solicitantes de cálculo em cada elemento realizou-se o dimensionamento dos mesmos. A tabela 2 mostra os perfis e as espessuras de placas determinadas para toda estrutura. B5 PL1 B1 B6 B7 PL2 B3 B4 B2 PL3 a) Estrutura tubular. b) Estrutura em aço INOX. c) Estrutura completa. Figura 2 Modelagem da estrutura em 3D.

5 a) Esforços axiais nas barras (kn). b) Tensões nas placas (kn/m 2 ). Figura 3 Alguns esforços nos elementos devido à combinação C6. Tabela 2 - Perfis e placas determinados para a estrutura após dimensionamento. Elementos Descrição Material Barra B1 TB 355,6x25,4 mm ASTM A-36 Barra B2 TB 323,8x19,1 mm ASTM A-36 Barra B3 TB 273x18,3 mm ASTM A-36 Barra B4 TB 168,3x15,9 mm ASTM A-36 Barra B5 TB 73x4,0 mm ASTM A-36 Barra B6 L 38,1x3,17 mm INOX 304 Barra B7 L 38,1x3,17 mm INOX 304 Placa PL1 CH 6,0 mm INOX 304 Placa PL2 CH 3,0 mm INOX 304 Placa PL3 CH 12,0 mm INOX 304

6 Após realizado todo o dimensionamento da estrutura da edificação procedeu-se as combinações de ações para os Estados Limites de Utilização, de acordo com a tabela 1. Na figura 3 mostra-se os deslocamentos horizontais em metros dos elementos resultantes da aplicação da combinação C11. a) Direção do eixo global Z. b) Soma dos deslocamentos horizontais. Figura 3 Deslocamentos horizontais dos elementos devido à combinação C11. O deslocamento horizontal máximo admissível para o sistema estrutural global é de 41 mm, determinado a partir de H/300, onde H é a altura total (NBR 14762:2001 (4) ). Portanto, como o maior deslocamento horizontal da edificação foi de 28,76 mm na direção Z, a edificação satisfaz à verificação desse estado limite de utilização. Assim, após a verificação dos Estados Limites de Utilização, determinaram-se os quantitativos de material utilizados neste projeto para as estruturas tubular e em aço INOX, resultando respectivamente em pesos finais de 5480,15 dan e 2681,58 dan. 4 Conclusões - Os estados limites de resistências são verificados e atendidos com uma grande margem de segurança; - Os estados limites de utilização devido ao vento são atendidos dentro dos limites especificados por norma. Além disso, a rigidez dos elementos estruturais ficaram limitados em função dos deslocamentos. Leva-se a concluir que o modelo estrutural proposto, com sua forma e esbeltez alta exige elementos estruturais mais rígidos para compensar a tendência à flexibilidade; - Os detalhes e as tecnologias de fabricação, bem como as definições de logística de montagem são etapas importantes e prioritárias em projetos desta natureza, onde

7 o aço inox, sendo um material nobre, exige precisões milimétricas e mão de obra especializada. 5 Referências Bibliográficas ANSYS Versão 6.0. User s Manual for Revision 6. Swanson Analysis Systems Inc., Houston, PA. NBR 6120:1980. Cargas para Cálculo de Estruturas de Edificações. ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas, Brasil, NBR 6123:1988. Forças Devido ao Vento em Edificações. ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas, Brasil, NBR 14762:2001. Dimensionamento de Estruturas de Aço Constituídas por Perfis Formados a Frio. ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas, Brasil, NBR 8800:1986. Projeto e Execução de Estruturas de Aço de Edifícios. ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas, Brasil, 1986.