Camila Gomes
Francyelle Nerva
Mercia Cavallo
Rodrigo Pessoa
Thiago Gonçalves
Tenso estruturas: Cabos e Membranas
1. Introdução
Na natureza, a evolução dos organismos e
das formas, nos mostra exemplos de resultados ótimos onde podemos perceber
sistemas de adequação ideal e dispêndio energético mínimo.
Assim, surgiram as primeiras pontes
suspensas com a utilização de cordas de cipó entrançadas; a primeira tenda
feita com peles de animais, e as primeiras colunas e vigas arqueadas a partir
de blocos esculpidas da rocha natural, etc.
Assim, com o passar dos tempos, a arte
construtiva, antes uma só ciência, foi subdivida em engenharia e arquitetura,
hoje duas especialidades distintas, porém com o mesmo fim: a busca do sistema
construtivo ideal.
2. Coberturas Tensionadas em Cabos de Aço
Modernamente, embora as primeiras pontes
suspensas em cabo de aço já existissem por volta de 1930/1940, os primeiros
estudos científicos e as primeiras obras de coberturas usando-se elementos
tensionados (cabo de aço) só começaram a florescer a partir da década de 50 em
diante.
Incentivado por
um projeto do arquiteto Mattew Nowicki, o pavilhão de esportes de Raleigh, na
Carolina do Norte, EUA, iniciado em 1950 e terminado em 1953, o alemão Frei
Otto, recém formado em arquitetura, iniciou seus estudos de doutorado na
pesquisa e desenvolvimento de soluções inusitadas de coberturas de grandes vãos
utilizando este novo tipo estrutural – o cabo de aço tensionado como elemento
portante.
3. Coberturas Tensionadas em Tecidos
Como evolução natural da utilização de
malhas de cabos, surge na década de 60, um tecido altamente eficiente, composto
de fibras sintéticas cuja resistência às tensões de tração, podiam substituir
com vantagens, os cabos de aço, tornando-se ao mesmo tempo estrutura portante e
cobertura propriamente dita.
O próprio Frei Otto, associado a outro
arquiteto, Rolt Gutbrod, foi vencedor em concurso para o pavilhão alemão na
EXPO 68 em Montreal, apresentando como solução de cobertura, este tipo de
tecido.
3.1 Características
Sistemas de membranas tensionadas, são
hoje a forma mais leve de se prover arquitetonicamente uma cobertura ou
fechamento de uma edificação. Suas propriedades de alta resistência às tensões
de tração ressaltam facilmente a possibilidade de sua aplicação para a
cobertura de grandes vãos, com o mínimo dispêndio de material.
A fabricação do tecido que compõe a
membrana é feita em grandes painéis cujas dimensões são limitadas tão somente
pelo tamanho da unidade fabril que os produz, ou pela estratégia de montagem em
campo. Por não terem a rigidez à flexão, estes podem ser dobrados e
transportados facilmente.
3.2 Material
Existem hoje duas famílias de tecidos de
alta resistência, que são utilizadas na confecção de coberturas tensionadas:
3.2.1 A membrana de poliéster resvestida com
PVC, com garantia na faixa dos 15 anos com uma durabilidade estimada entre 25 e
30 anos. Este é um tecido com boa flexibilidade, quanto às formas geométricas,
e de menor custo unitário. Existem vários níveis de qualidade nas membranas
PVC, algumas com durabilidade bem menor. As membranas PVC com acabamento PVDF
(podem ser apresentadas como PVC / PVDF) têm durabilidade superior.
3.2.2 A membrana de fibra de vidro revestida
com PTFE (teflon), com durabilidade mínima também de 25 anos e é um material
bem mais caro que o PVC. A durabilidade das membranas de PTFE, segundo os
fabricantes, vai de 30 a 35 anos. Cada família de membrana têm referências que
variam de gramatura e de resistência para atender a todos os tipos de projetos:
grandes e pequenos, com mais ou menos tensão aplicada ao material. As membranas
de PVC não são menos resistentes que as membranas de PTFE. Podem e são utilizadas
em projetos de grandes dimensões, cobrindo grandes vãos, característica comum
às duas famílias de membranas.
Ambos os materiais são impermeáveis e
antiestáticos evitando o acúmulo de umidade e poeira. As sujeiras ficam na
superfície das membranas e são mais fáceis de remover. As membranas também têm
tratamento anti UV, antimofo e anticapilaridade. São autoextinguíveis.
3.3 Resistência ao Fogo
Os tecidos sintéticos utilizados na
fabricação de membranas tensionadas não propagam as chamas, são
auto-extinguíveis e não “pingam” se submetidos ao fogo. Enquadram-se no código
europeu de resistência aos incêndios, e tem a aprovação para sua utilização em
qualquer tipo de edificação.
3.4 Concepção Estrutural e Cálculo
Os primeiros cálculos da geometria e dos
esforços eram executados por meios de aproximações interativas, por processos
semi-automatizados, em grandes e “pesados” computadores disponibilizados
somente para centros de pesquisa de universidades ou grandes empresas, tornando
a aplicação destes tipos estruturais difícil e dispendiosa.
A análise estrutural dos sistemas
tensionados, pelas suas características intrínsecas e da alta deformabilidade,
é feita por métodos que consideram a não linearidade geométrica, podendo
utilizar-se do método de Newton Raphson ou da relaxação dinâmica, ambos
incluindo parâmetros de amortecimento das vibrações.
3.5 Fabricação
O mesmo sistema computacional, após ter
gerado os resultados das informações geométricas, é integralmente utilizado
para o procedimento de planejamento e otimização da fabricação e corte do
tecido. Este é divido em grandes faixas que são posteriormente tecidas e costuradas entre si por processos de selagem especial.
3.6 Montagem
A montagem de estruturas em membrana, é
bastante simples, requerendo porém, mão de obra bastante especializada.
Áreas da ordem de 2.000 a 3.000m2 podem
ser montadas em menos de 2 semanas, dependendo do tipo de suportes projetados.
O equilíbrio da tensoestrutura, se dá com
o esticamento ou tensionamento passo a passo dos cabos de estaiamento e do
tecido, em contraponto à compressão dos mastros, únicos elementos a resistirem
a esse tipo de esforço, até que o conjunto alcance a forma final para a qual a
cobertura foi concebida.
3.7 Vantagens
As coberturas tensionadas em tecidos,
apresentam grandes vantagens em comparação com outros sistemas mais
convencionais:
• Incrível beleza arquitetônica;
• Translucidez, deixando passar até 20% da
luz natural;
• Permite
infinidade de formas;
• Excelente isolante térmico e
acústico, dependendo
do tipo de tecido aplicado;
• Trabalham
em total tração ou compressão;
• Simplicidade na concepção de todos os
seus elementos;
• Vence grandes vãos;
• Não propaga o fogo em caso de
incêndios;
• Leveza e resistência face às cargas do projeto e efeitos do vento;
• Durabilidade e resistência à
intempérie.
4. Exemplo de livro
4.1 Estádio Olímpico de Munique / Frei Otto e Gunther Behnisch
Frei Otto e Gunther
Behnisch conceitualizaram para os Jogos Olímpicos de Munique de
1972 uma
estrutura tensionada suspensa sobre o terreno, ramificando-se pelo natatório,
ginásio e estádio principal.
A superfície
tensionada contínua que une todos os edifícios principais dos Jogos
Olímpicos está sujeita a um sistema estrutural hierárquico que cria uma série
de volumes pelo terreno. A membrana das coberturas é suspensa a partir de uma
sequência de mastros, permitindo que as curvas dramaticamente drapeadas da
superfície flutuem de forma dinâmica pelo local, variando a forma, a escala e
as características de cada seção.
As grandes coberturas
são estabilizadas lateralmente através de uma rede de cabos menores que se
conectam a um cabo de aço maior, estendendo-se sobre a extensão em bases de
concreto em cada extremidade.
Para além dos
edifícios que a membrana cobre, há uma série de volumes cobertos por
superfícies suspensas usados como espaços flexíveis para estandes e outros
eventos.
Para um lugar e uma
paisagem tão extensa, os mínimos componentes estruturais trabalham de modo
a criar dinâmicas superfícies originadas por múltiplas conexões
tensionadas, resultando numa malha ondulada.
O estádio principal
foi construído numa cratera resultante de bombardeios durante a Segunda Guerra
Mundial. A membrana que o protege se comprime à medida que desaparece ao seu
redor. A mudança radical nas escalas da cobertura intensifica a percepção da
paisagem artificial flutuante que se forma acima do solo e seus grandes vãos.
Além da conexão com a
paisagem, os painéis acrílicos que revestem a membrana tensionada estabelecem
uma relação com seu contexto e com a exposição de luz que ela propicia.
Todo o sistema foi
construído fora do local. A alta precisão permitiu que fosse feita uma montagem
simples para este que é dos sistemas estruturais mais inovadores e complexos do
mundo, que trabalha exclusivamente sob a premissa da tensão.
5. Exemplo de sites de Arquitetura
5.1 Aeroporto Internacional de Denver por Santiago Calatrava
O arquiteto espanhol Santiago Calatrava
divulgou as imagens do projeto para a expansão do Aeroporto Internacional de
Denver, na capital do estado do Colorado, nos Estados Unidos. Inaugurado em
1995, o empreendimento ganhará um hotel, um centro de convenções e uma estação
de trem que ligará o terminal ao centro da cidade.
6. Bibliografia
LIVROSArchtects You Should Know – KUHL, Isabel; LOWIS, Kristina; THIEL-SILING, Sabine (Prestel, pg 255)
1001 Buildings You Must See Before You Die – IRWING, Mark; ST JOHN, Peter (pg 576)
http://www.metalica.com.br/tensoestruturas-cabos-e-membranas
http://culturaeviagem.wordpress.com/2014/05/09/a-modernidade-e-a-beleza-insuperaveis-do-estadio-olimpico-de-munique/
http://www.minascasa.com.br/blog/arquitetura/jogos-olimpicos-e-arquitetura-extraordinaria-/
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