Geometria e forças
As estruturas tradicionais em alvenaria estrutural sustentam a construção ao mesmo tempo que elas delimitam espaços interiores. No entanto, essas paredes só são úteis se pudermos praticar aberturas nelas para permitir a passagem, iluminação e ventilação. Assim como a concepção estrutural do conjunto, essas aberturas podem ser de dois tipos: arquitravadas, isso é, formadas por vigas, ou arqueadas, isso é, formadas por arcos na própria alvenaria.
Juntamente com a temática das coberturas, trata-se de questões mais complexas e importantes para a espacialidade da arquitetura tradicional (em que não há grandes diferenças entre interiores e exteriores).
Destaca-se que abóbadas e cúpulas não são tão eficientes para a arquitetura moderna, sendo abandonadas atualmente. São utilizadas apenas onde for necessário, considerando-se ainda seus efeitos simbólicos e estéticos.
Elas se originam em duas regiões: África subsaariana (abóbadas em adobe ou taipa) e na Índia (em madeira sobrada a vapor ou serrada).
Origem dos arcos

- Estruturas parabólicas em madeira na Índia
- Blocos de adobe fixados por atrito, sem cimbramento, na Núbia
Arcos falsos não são arcos

Os arcos falsos, também conhecidos como arcos de mísulas, não pertencem a esse universo da construção arqueada. Arcos falsos são bastante comuns em tradições construtivas como a da Grécia na Idade do Bronze ou a da Mesoamérica, onde estruturas muito maciças são feitas a base do empilhamento de pedras (fig. 2).
Os arcos falsos são um empilhamento de pedras em balanço, onde a extremidade de cada mísula de pedra sofre um esforço de flexão (fig. 3).


Caracterização dos arcos




Figura 5: Abertura arquitravada (verga) e arqueada (arco)
O arco é uma estrutura em alvenaria que serve para transformar esforços de tração em esforços de compressão. Isto é, em vez de fazermos uma abertura arquitravada onde uma verga trabalha à flexão para resistir ao carregamento da parede acima dela, o arco vai receber essa carga e distribuí-la para os lados, comprimindo os blocos sucessivos que fazem parte dele (fig. 5).
Arcos falsos: são paredes em alvenaria que se alargam criando pequenos balanços, mas mantendo-se como estruturas arquitravadas que trabalham à flexão, diferente dos arcos reais que funcionam mais à compressão.
Eles raramente são usadas isoladamente e transformam cargas verticais em diagonais (descarregando-as para os lados). A maneira mais fácil de manejá-los é a utilização de uma sequência deles na forma de uma arcada, de modo que travam a si mesmos. Elas são realizadas pelos romanos com frequência.
Em geral, os arcos são mais úteis quando extrudados, formando uma abóbada de berço, o que gera espaços generosos e com certa impressão de monumentalidade. Trata-se de uma solução estrutural simples e sem grandes desafios geométricos, mas que demanda uma construção muito precisa a partir de um cimbramento cilíndrico que se desloca, resultando em uma construção eficiente, leve e econômica.
É possível aliviar essas estruturas separando-as em elementos portantes e sustentados, sendo importante compreender como uma estrutura primária ajuda a sustentar uma secundária (que é autoportante, mas dependente da estrutura primária para ser executada).

Os blocos de alvenaria que constituem o arco são chamados de aduelas; a aduela central de um arco é a chave e os blocos assentados horizontalmente que sustentam as aduelas mais externas são as impostas. Os arcos tradicionais em geral precisam de contenções laterais que chamamos de contrafortes (fig. 6).
As aduelas são as peças mais importantes nos arcos, por possibilitarem sua divisão em partes menores, tornando-os ideais para grandes vãos.
Os contrafortes recebem a carga diagonal distribuída pelos pilares e transferem-na para o solo externamente. São empiricamente dimensionados pela divisão do arco em três partes, criando uma espécie de trapézio ao qual tem-se duplicado seu comprimento lateral para se estabelecer sua espessura final.
Os capitéis têm a função é oferecer um apoio mais largo na base dos arcos e aliviar o esforço cortante que chega quase verticalmente às colunas, além de apoiar o cimbramento.
Assim como as vigas, os arcos precisam ser dimensionados segundo a carga que eles recebem e a abertura do vão. Apesar disso, numa construção arqueada a forma da estrutura vai ser muito mais importante do que o tamanho das peças consideradas individualmente. Para aumentar as dimensões de uma estrutura arquitravada, temos que usar materiais de dimensões maiores: encontrar troncos de árvores maiores ou cortar pedras maiores.
Já no caso de arcos, abóbadas e cúpulas, o tamanho do vão e da estrutura não dependem diretamente do tamanho dos blocos que vão ser usados. Podemos construir estruturas arqueadas muito grandes, como a cúpula do Panteão em Roma com 43 metros de vão livre, usando só blocos de pedra que podem ser assentados à mão usando argamassa (fig. 7).
As aduelas são as peças mais importantes nos arcos, por possibilitarem sua divisão em partes menores, tornando-os ideais para grandes vãos.

Quando falamos de fundações, já vimos que a distribuição homogênea das cargas de um edifício é uma das preocupações centrais da construção tradicional. Isso nos leva a buscar toda uma série de correspondências entre dimensões, e em última análise favorece as composições com simetria bilateral ou mesmo central (fig. 8).
Por isso, sempre que dimensionamos uma estrutura tradicional, esse dimensionamento supõe cargas uniformemente distribuídas sobre cada elemento portante (fig. 9 B).

Nos procedimentos tradicionais de construção, é claro que não vamos calcular essas cargas usando as fórmulas matemáticas da engenharia estrutural moderna, e sim adotar dimensões consagradas pela experiência prática. Fazemos isso por três motivos.
Em primeiro lugar porque os materiais de construção naturais não têm características de desempenho padronizadas como os materiais industrializados.
Em segundo lugar porque as cargas acidentais tendem a ser muito pequenas se comparadas às cargas permanentes da construção tradicional.

- Em terceiro lugar porque a estabilidade das estruturas no longuíssimo prazo da vida útil de construções tradicionais é diferente da estabilidade que pode ser calculada para o tempo de serviço relativamente curto das construções modernas (fig. 10).
Apesar do maior consumo de materiais numa construção tradicional,
essa é mais sustentável no sentido amplo do que uma construção
industrializada. Isso é o caso porque a pegada de carbono dos materiais
naturais é muito mais baixa e, principalmente, porque a estrutura
tradicional vai ter uma vida útil muito mais longa para amortizar essa
pegada de carbono.Ciblac e Morel, Sustainable Masonry.
Um dos aspectos chave na durabilidade das construções tradicionais é a preferência pela compressão sobre a flexão. Por causa de um certo superdimensionamento empírico das estruturas tradicionais à compressão, elas em geral têm uma margem de segurança muito maior do que as estruturas à flexão, como vigas. Além disso, as estruturas à compressão costumam ser dimensionadas segundo critérios geométricos de distribuição das cargas, mais do que pelo limite de escoamento ou esmagamento do próprio material. Isso faz com que a estabilidade da construção seja mais fácil de definir a partir de critérios empíricos. Apesar disso, o desenvolvimento da matemática moderna nos dá uma compreensão importante sobre como funcionam os arcos tradicionais.
Cálculo estrutural
Até a metade do século XVIII, todas as especulações sobre o cálculo dos arcos se baseavam na pura geometria. Esse pressuposto é razoável, tendo em vista que na maioria das aplicações a resistência da pedra ou do tijolo ao esmagamento e mesmo à flambagem é mais do que suficiente. Por outro lado, a contribuição do atrito da argamassa para a estabilidade é mínima. Portanto, os arcos só poderiam falhar por defeitos de geometria. Só no século XIX é que começou a ser possível calcular a deformação elástica da matéria que constitui os arcos.

Dito isso, arcos tradicionais dificilmente podem ser descritos usando
a análise estática calculada, porque a sua forma e materiais são menos
padronizados do que a construção industrializada moderna. Quase sempre,
eles sofrem deformações ao longo do tempo e acabam assumindo formas
ligeiramente irregulares. Isso causa dificuldades importantes para a
conservação dessas estruturas. Em compensação, as forças que agem nesses
arcos podem ser esquematizadas com muita facilidade usando um diagrama
funicular.Rondeaux e Zastavni, “A Fully Graphical Approach
for Limit State Analysis of Existing Structures”.
Dimensionamento sem cálculo



Figura 12: Dimensionamento da espessura de um arco segundo Leonardo da Vinci
Estruturas lineares
Agora que já sabemos como funciona um arco do ponto de vista da distribuição de cargas, vamos ver quais são as soluções efetivamente praticadas em algumas tradições arquitetônicas. Entre a forma matemática ideal e a realidade construída, uma série de considerações práticas vai impor alguns compromissos na eficiência da estrutura.
Catenárias e parábolas
O estudo matemático das cargas à compressão pura mostrou que a catenária é a forma ideal de um arco que só sustenta o seu próprio peso. Esse é o caso de muitos arcos que geram o traçado de coberturas de edifícios, já que a catenária permite fazer uma estrutura mais leve, economizando material (fig. 13).

Por isso, alguns dos mais antigos traçados de arcos têm formas que se aproximam muito de uma catenária matematicamente perfeita. Além disso, as curvas artesanais são sempre aproximadas, e a conversão de uma catenária em parábola é simples.
O princípio estrutural do arco verdadeiro é conhecido no Egito, na Núbia e na Mesopotâmia pelo menos desde meados do II milênio a.C. Os mais antigos arcos foram construídos em adobe, e talvez provenham da África subsaariana. Construções em forma de catenária são comuns até hoje na região que vai da Núbia (ao sul do Egito, no atual Sudão) aos lagos da África central (atuais Camarões e Chade). fig. 14
Figura 14: Association la Voûte Nubienne, construção de abóbadas núbias, Sudão. Produção: Autodesk e Dezeen, 2016.


Figura 15: Construção de abóbadas núbias, segundo Choisy, Histoire de l’architecture. a – procedimento de execução dos arcos sucessivos, b – variações: arcos inclinados e sobrepostos
Estruturas parabólicas
Apesar dessa descoberta, a parábola de Galileu continua sendo útil, porque ela descreve a forma de uma corrente uniformemente carregada — por exemplo, os cabos ou cordas que sustentam o tabuleiro de uma ponte suspensa, por exemplo as pontes tradicionais dos Andes (fig. 16).




Figura 21: Ruínas do eyvan-i Medayin (arco de Ctesifonte), Pérsia sassânida (atual Taq Kasrā, Iraque), 241 d.C. Direção: Pejman Akbarzadeh, 2018.
O arco catenário ou parabólico quase nunca é usado como uma abertura simples na parede. Ele é ideal como gerador de uma abóbada linear para cobrir um ambiente ou uma construção inteira (fig. 21).
Sustentam cargas além do próprio peso, tendo a vantagem de quase não consumirem madeira, usando apenas adobe. Tornam-se ideais para regiões semiáridas e com pouco madeiramento, resultando em espaços amplos e elegantes.
Essa tecnologia espalha-se pelo Egito e talvez Mesopotâmia, partindo do antigo Sudão.
São feitos de tijolos cozidos relativamente leves, sustentados entre si apenas pelo atrito entre tijolo e argamassa.


Figura 22: Eyvan com arco em catenária, Ctesifonte. Silk Cities, 2020

Arco pleno
A catenária e a parábola são as formas mais eficientes para se construir arcos leves em adobe ou, em alguns casos, tijolo cozido. Para grandes estruturas onde os arcos precisam sustentar cargas pesadas, a pedra ou grandes massas de tijolo são as melhores soluções. Nesses casos, o arco pleno ou de meia-volta é a forma mais conveniente tendo em vista o processo construtivo como um todo, até porque as catenárias e parábolas são complexas de se traçar, e não compensam a economia de material ou os grandes vãos que permitem.
O arco pleno é usado desde a Antiguidade como abertura em paredes ou muralhas, onde a parábola seria uma complicação desnecessária. A alvenaria é capaz de absorver os empuxos laterais gerados pelo arco semicircular, portanto a simplicidade da sua forma e execução representa uma vantagem (fig. 24).
Como aberturas em paredes, tende-se a utilizar os arcos semicirculares, que são mais simples e fáceis de executar, além de serem mais adequados esteticamente. Os arcos plenos são a grande marca da construção monumental romana: “arcos do triunfo”.
Os diferentes tipos de arcos caracterizam-se pelas diversas formas de distribuição de carga. Por exemplo, os arcos planos distinguem-se das estruturas arquitravadas pelo fato de que os primeiros são formados por aduelas com juntas diagonais que funcionam como arcos estruturalmente, mesmo não sendo curvos, já que distribuem as cargas à compressão pelas laterais.
Não existem evidências arqueológicas dos arcos em madeira na Índia védica, apenas representações talhadas na rocha, indicando seguirem o mesmo princípio estrutural das cabanas árabes estudadas anteriormente.

A epítome do portal com arcos plenos é o arco do triunfo romano. Essas estruturas foram construídas para celebrar triunfos militares com uma entrada simbólica do exército romano na cidade debaixo de um arco. O arco provisório construído para o triunfo era, às vezes, reconstruído numa estrutura permanente para imortalizar o evento (fig. 25). Essa tradição romana fez com que as estruturas arqueadas passassem a ser associadas, na bacia do Mediterrâneo, com as ideias de monumentalidade e grandeza.
Arco plano


Figura 26: Vãos horizontais. (A) – compressão axial, (A′) – transferência das cargas para os apoios, (F) – flexão
Ogivas
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Figura 28: Período védico na Índia. Mapas: Avantiputra7, 2014
Outra hipótese para a origem da construção arqueada está na arquitetura tradicional em madeira do noroeste da Índia durante os II–I milênios a.C. Nesse período, os arianos, um povo seminômade indo-europeu que dominava a metalurgia em ferro (fig. 28), migrou para a região e adotou um sistema construtivo feito de madeira serrada, diferente das construções em tijolo da cultura do vale do Rio Indo.
Nessa tradição, os telhados arqueados das kuṭikā (cabanas ou
edículas) podem ter sido construídos a partir de pórticos transversais
formados por várias peças de madeira. Essa hipótese foi descrita pelo
historiador da arte indiano Percy Brown no começo do século XX.Brown, Islamic Period.
fig. 29


Essa tradição só é atestada pela mediação de salões de mosteiros budistas escavados na rocha no período Maurya, a partir do século III a.C (fig. 30).
Nos mosteiros de Lomas Ṛṣi, Kārli e Bhājā, a articulação decorativa dos espaços parece remeter a uma tectônica (expressão estrutural) da construção em madeira (fig. 31).


Figura 31: Reconstituição de estruturas arqueadas em madeira a partir de exemplares talhados na rocha, centro e norte da Índia antiga. Percy Brown, 1900. a – membros estruturais, b – interiores

O princípio é análogo ao do mudhif, a casa feita de arcos em feixes de de juncos dos ma’dan, os “árabes do pântano” que vivem no sul do Iraque (fig. 32).
A kuṭikā serve como módulo básico para construções maiores, como casas, templos e palácios. A própria palavra se refere à curvatura das coberturas feitas de madeira. Essa curvatura é uma das características mais evidentes nas representações em pedra, como a da caverna de Lomas Ṛṣi, no norte da Índia (fig. 33).


A empena curva é o traçado gerador de grandes salões abobadados nos antigos palácios indianos (fig. 34).
As coberturas têm uma aresta na cumeada, para melhor drenar a água da chuva. Essa pode ser a origem do que chamamos de arco apontado ou ogival (fig. 35).
Esse tipo de arco não atinge a eficiência máxima de uma parábola, mas é suficientemente conveniente para ser usado, tendo a vantagem de gerar um empuxo muito pequeno, o que resulta em um contraforte mais estreito do que o oferecido pelos arcos plenos ou rebaixados (estes recebem um maior empuxo). Entretanto, demandam mais material na parte superior para desviar as cargas para a vertical. Exemplos: Panteão e Catedral de Santa Sofia, com suas cúpulas mais rebaixadas e elementos vazados que demandam paredes mais espessas (ainda que permitam a existência de nichos internos).

Taylor e Mark, “The Technology of
Transition”.
Henriet, “Recherches sur les premiers
arcs-boutants. Un jalon”.
Estruturas espaciais
Abóbadas de berço
As abóbadas podem constituir-se de arcos “extrudados”, formando telhados ovalados ou arqueados. Destacando-se que os romanos não são os únicos a utilizá-las, apesar de serem marcados pela monumentalidade e pés-direitos altos que possibilitam, mesmo em edifícios pequenos. Com as nervuras, tornam-se mais sólidas e estáveis.
As abóbadas tornam-se o sistema construtivo padrão para a monumentalidade na Europa, destacando-se sua grande resistência ao fogo, entre outras vantagens.
A conotação monumental e a proteção contra o fogo que um teto em alvenaria oferece fazem com que as abóbadas geradas por arcos plenos sejam uma solução consagrada para cobrir espaços importantes. A extrusão de um arco pleno é conhecida como abóbada de berço.
Figura 37: Basílica romana conhecida como templo de Diana, Nîmes, sul da França, século I d.C. Produção: município de Nîmes, 2021.
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Arcos e abóbadas costumam ser feitos com elementos relativamente grandes e pesados. Mas, no século V, os romanos começaram a construir abóbadas leves feitas de pequenos tijolos quadrados. fig. 42 Assim como a abóbada núbia, essas abobadilhas podem ser erguidas usando apenas o atrito da argamassa, sem cimbramento.
Foram inventadas pelos romanos e são formadas por grandes ladrilhos sustentados apenas pelo atrito da argamassa, por isso não suportando grandes cargas. Exemplo: cúpula da Catedral de Santa Sofia assentada sobre uma base quadrada.
Arcos construídos lado a lado estabilizam uns aos outros, resistindo aos empuxos laterais (fig. 43). No entanto, isso não é o caso para as abóbadas.
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Contenção de arcos e abóbadas





Figura 47: Dimensionamento de contrafortes segundo o método do P.e François Derand

Cúpulas

Trompas e pendentes
Figura 51: Catedral de S. Crispim, Etchmiadzin, Armêmia, iniciada em 630. Filmagem: Expoza Travel, 2018.
Para apoiar uma cúpula sobre uma base quadrada, uma solução simples é a trompa: um arco posicionado sobre o ângulo reentrante. Trata-se de pequenos arcos em diagonal (tronco de cone) entre dois arcos principais, que permitem a transformação de uma planta quadrada, com um tambor octogonal mais acima, para sustentar uma cúpula.
A calota é uma cúpula seccionada por quatro (ou mais) arcos. Trata-se de uma outra solução de transição, semelhante à trompa, que resulta no corte das laterais da cúpula até que se encaixe na base quadrada, levando a uma perda de altura. Ela pode também receber outra cúpula completa apoiada sobre si, chamada de pendente, como visto na catedral de Santa Sofia.


![Antêmio de Trales e Isidoro de Mileto, arquitetos, catedral de Santa Sofia, Constantinopla, 532–537. Vista isométrica seccionada: [Ogodej, 2012]](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/32/Hagia_Sophia_svg.svg/2560px-Hagia_Sophia_svg.svg.png)

Taylor, “A Literary and Structural Analysis of
the First Dome on Justinian’s Hagia Sophia,
Constantinople”.
Figura 56: Modelo digital de Santa Sofia. Realização: Juan Álvarez.
Avner, “The Dome of the Rock in Light of the
Development of Concentric Martyria in Jerusalem”.
Grabar, “The Islamic Dome, Some
Considerations”.
Smith, The Dome.
Smith, “East or West in 11th-Century Pisan
Culture”.
Cruzarias


Conant, Carolingian and Romanesque
Architecture.

Abóbadas nervuradas
Ball, Universe of Stone.


Figura 60: Abóbada nervurada em cruzaria. Desenho de Jean-Claude Golvin. a – nervuras, b – abóbada revestida com a sua calota

![Distribuição de empuxos em arcos-botantes, segundo [Ciblac e Morel, 2014]](https://hcommons.org/app/uploads/sites/1002372/2021/08/ciblac2014-10.37.png)

A combinação desses diferentes avanços tecnológicos permite o aumento na altura das igrejas góticas ao longo do século XIII.
Arcos, abóbada e cúpulas não constituem um modo de construir industrializado, como a maioria dos demais sistemas construtivos tradicionais passaram a ser, tornando-se praticamente abandonados. Os últimos ganham uma versão mais rígida e eficiente do ponto de vista do desempenho ao serem modernizados, ainda que menos duráveis sob a perspectiva da resiliência. As poucas construções arqueadas modernas tendem a um caráter monumental e não seguem os mesmos princípios de desempenho estrutural que as tradicionais (geralmente são estruturas arquitravadas que lembram visualmente os arcos, como no caso dos palácios de Brasília). As abóbadas e cúpulas seguem a mesma lógica. Por essa razão, o conhecimento executivo dessas tipologias estruturais não foi desenvolvido na modernidade, ainda que esteja sendo recuperado e reconstruído na atualidade.
Consumo de trabalho e material na construção arqueada
Arquitetura subtrativa # {data-visbility=“hidden”}
- Exploração dos espaços internos: com o uso de formas geométricas claras e abóbadas, mesmo em locais que não são escavados.
- Contrastes trazidos pela abordagem das aulas, em contraposição à bibliografia tradicional sobre as temáticas abordadas.
Preferência temporal
- conceito originário da Economia e vinculado à Arquitetura, através da relação entre processos construtivos (diferentes opções de sistemas construtivos utilizados ao longo do tempo) e seus custos-benefícios (disponibilidade de materiais, mão-de-obra e fator tempo de duração).
- Essa abordagem da história sob uma perspectiva cultural ou tecnológica (e não apenas cronológica, extrapolando-a) traz uma reflexão sobre a passagem do tempo, de modo a se estudar a “Arquitetura na História” e não a “História da Arquitetura”.
- O sequenciamento linear da Arquitetura ou da cultura é uma forma muito moderna de se pensar, a partir de uma “chave” para entender o passado, que foi se transformando no tempo até chegar à contemporaneidade. Assim, é torna-se muito conveniente para os arquitetos atuais, que seriam entendidos como os mais evoluídos, por estarem “no fim da história”.
- O progresso e as possibilidades construtivas atuais, voltados para superar as limitações existentes e alcançar um melhor desempenho, entrariam em conflito com os antigos arquitetos desprovidos dos recursos tecnológicos contemporâneos. Trata-se de uma característica do período pós-Revolução Industrial, marcado pelo crescente aumento da capacidade produtiva e matrizes energéticas quase ilimitadas, mas não sustentáveis em um futuro não tão distante, como deflagrado pela crise do petróleo da década de 1970). Destaca-se o impacto desse cenário na produção e velocidade construtiva dos edifícios, com apresentam grande contraste ao longo da história.
- Considera-se também os pressupostos colonialistas e eurocêntricos da abordagem cronológica, por hierarquizar as sociedades em mais ou menos evoluídas no tempo e no espaço (ou mais ou menos consumidoras de energia, conforme suas disponibilidades tecnológicas). É uma visão que atravessa vários estilos arquitetônicos impostos pela Europa, excluindo a Ásia e a África por exemplo. Ela também é apropriada pelo Movimento Moderno com Le Corbusier, que opõe racionalismo e historicismo, ainda em um forte contexto de colonialismo na África.
- Ainda hoje, novos movimentos arquitetônicos, que defendem regionalismos com “marcadores culturais” fortes (defendendo formas arquitetônicas tradicionais), beneficiam grupos locais mais privilegiados, excluindo outros que são marginalizados.
- Pretende-se questionar essa leitura simplista, linear e colonialista da passagem do tempo na Arquitetura, já que não existem sucessões evolutivas ou sequências cronológicas lineares de acessões e decadências de estilos como visto na bibliografia tradicional. Assim, busca-se uma desconstrução dessa cronologia convencional, propondo diferentes possibilidades de olhar, a partir da tecnologia e da cultura.
Quando termina a Antiguidade
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Figura 66: Espalato, plantas reconstituídas por Ernest Hébrard, 1912. a – Palácio de Diocleciano, b – Split, cidade construída sobre os vestígios do palácio






Espólios e trabalho edilício
