Teoria do arco de alvenaria : uma perspectiva histórica

Abstract

O arco de alvenaria é um dos grandes testemunhos da evolução da ciência estrutural. Conjuntamente com a cúpula e a abóbada, que constituem seu prolongamento natural no espaço, o arco de alvenaria, enquanto elemento arquitetônico e estrutural, está na base da arquitetura ocidental, e, portanto, de parte significativa do patrimônio histórico, muito particularmente de muitos dos edifícios mais emblemáticos legados pela história à contemporaneidade. Durante séculos, sua utilização se fundamentou em regras estruturais baseadas na tradição e no conhecimento empírico, mas com o advento da ciência moderna, se desenvolveram ferramentas analíticas que possibilitavam a compreensão científica de seu comportamento estrutural e a elaboração de regras científicas para o seu cálculo. Surgem, então, as teorias científicas do arco de alvenaria, que recorrem em especial à Mecânica e à Matemática para explicarem o comportamento do arco e desenvolverem métodos de base científica para o dimensionamento dessas estruturas. Este trabalho faz um exame crítico analítico do desenvolvimento dessas teorias, no período histórico que se estende do século XV, com os escritos de Leonardo da Vinci, até meados do século XX, às vésperas do desenvolvimento das ferramentas numéricas. São identificadas algumas mudanças de paradigma durante esse período, que convergem para o debate atual entre a teoria elástica e a teoria plástica. Este trabalho de pesquisa envolveu uma consulta ampla a fontes primárias (em meio eletrônico) e secundárias. São descritas algumas das teorias e métodos mais influentes no período, buscando-se inseri-los no quadro geral das grandes linhas teóricas. Entre os temas examinados encontram-se o modelo do arco de alvenaria como sistema de cunhas polidas, a investigação de seus mecanismos de colapso, experimentos comprobatórios da existência da linha de empuxo bem como seu funcionamento, a teoria elástica aplicada aos arcos de alvenaria e, de forma resumida, a teoria da carga limite. ______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The masonry arch is a great witness of the evolution of Structural Science. Together with vault and the dome, which naturally result from its evolving in space, the masonry arch as both architectural and structural element is in the basis of western architecture, so that it also makes up an important part of our heritage, particularly including some of our most emblematic, icons buildings. For centuries the building of masonry arch relied on structural rules based upon tradition and empirical knowledge, but with the rise of modern science, analytical tools have been brought to light which made it possible to build up a scientific understanding of its structural behavior and to draw up science based rules for the dimensioning of new vaulted structures. That is the born of masonry arch scientific theories, which call upon Mechanics and Mathematics to explain the way arches behave and to develop new methods for finding safe dimensions of new structures and assessing the safety of existing ones. This work makes an analytical exam of such theories, in respect to the period that runs from the 15th century, with the writings by Leonardo up to the mid 20th century, at the dawn of computer technology and numerical tools. Paradigm shifts are identified within this time frame which converges to present days disputes between plastic and elastic theory over the field of masonry vaults. This research work relied substantially on primary resources from electronic media, as well as on secondary resources. It describes some of the most influential methods, while considering them in the broad framework of the great theoretical lines. It explores the masonry arch modeled as a system of frictionless wedges, the study of its collapse modes, some historic experiments showing the thrust line existence and behavior, the elastic theory and the limit analysis applied to the masonry arch, among other issues.