Post on 17-Nov-2018
EVOLUÇÃO DAS TECNOLOGIAS
CONSTRUTIVAS
SISTEMAS ESTRUTURAIS
UMA CONSTRUÇÃO PODE EXISTIR SEM PINTURA E SEM
AQUECIMENTO, PORÉM, NÃO PODE EXISITIR SEM ESTRUTURA.
CONHECER A ORIGEM ESTRUTURAL DA ARQUITETURA É BÁSICO
PARA A PROFISSÃO DO ARQUITETO
TODOS OS SISTEMAS ESTRUTURAIS ESTÃO SUJEITOS A
FENÔMENOS QUE, SE NÃO EXISTISSEM, TORNARIAM SUPÉRFLUOS
OS SISTEMAS ESTRUTURAIS ARQUITETÔNICOS, OU PELO MENOS
REQUERERIA SISTEMAS ESTRUTURAIS ESSENCIALMENTE
DIFERENTES DOS ATUALMENTE CONHECIDOS.
ESSES FENÔMENOS SÃO :
O PESO (CARGA VERTICAL) (A AÇÃO CONTÍNUA DA GRAVIDADE DA
TERRA SOBRE TODAS AS ESTRUTURAS COM MASSA);
CARGAS HORIZONTAIS (VENTOS, ABALOS SÍSMICOS, ETC);
TENSÕES EM FUNÇÃO DE VARIAÇÕES (TÉRMICAS, DE FALTA DE
ESTABILIDADE OU RECALQUES, ETC)
ATRAVÉS DO PROJETO ESTRUTURAL AS CARGAS GRAVITACIONAIS,
AS FORÇAS EXTERNAS E AS TENSÕES INTERNAS SÃO MANTIDAS
SOB O CONTROLE E CANALIZADAS AO LONGO DOS TRAJETOS
PREVISTOS.
A INTENÇÃO É MANTÊ-LOS NUM SISTEMA DE AÇÃO – REAÇÃO
INDEPENDENTES, QUE DÊ O EQUILÍBRIO A CADA COMPONENTE
INDIVIDUAL, ASSIM COMO AO SISTEMA ESTRUTURAL COMO UM
TODO.
SEGUNDO O ARQUITETO HENRICH ENGEL, EM SEU LIVRO
“SISTEMAS DE ESTRUTURAS”
PODEMOS CLASSIFICAR OS SISTEMAS ESTRUTURAIS DE
ARQUITETURA EM 5 GRUPOS:
1. SISTEMAS DE ESTRUTURA DE FORMA ATIVA OU SISTEMAS
ESTRUTURAIS EM ESTADO DE COMPRESSÃO E TRAÇÃO SIMPLES
SÃO ESTRUTURAS QUE ATUAM PRINCIPALMENTE ATRAVÉS DE SUA
FORMA MATERIAL;
A CARACTERÍSTICA DOS SISTEMAS ESTRUTURAIS DE FORMA
ATIVA É QUE ELES TRANSMITEM CARGAS SOMENTE ATRAVÉS DE
ESFORÇOS NORMAIS SIMPLES; ISTO É, ATRAVÉS DE
COMPRESSÃO E TRAÇÃO.
A COLUNA VERTICAL OU O ARCO E O CABO DE SUSPENSÃO
VERTICAL SÃO OS PROTÓTIPOS DE SISTEMAS ESTRUTURAIS DE
FORMA ATIVA;
A COLUNA E O ARCO, POR COMPRESSÃO;
O CABO DE SUSPENSÃO, POR TRAÇÃO.
OS SISTEMAS DE FORMA ATIVA POSSUEM A CARACTERÍSTICA DE
PODEREM COBRIR GRANDES VÃOS
2. SISTEMAS ESTRUTURAIS DE VETOR ATIVO OU SISTEMAS
ESTRUTURAIS COM TRAÇÃO E COMPRESSÃO CONCORRENTES
SÃO ESTRUTURAS QUE ATUAM PRINCIPALMENTE POR MEIO DE
COMPOSIÇÃO DE ELEMENTOS EM COMPRESSÃO E TRAÇÃO;
A CARACTERÍSTICA DOS SISTEMAS ESTRUTURAIS DE VETOR ATIVO
É A MONTAGEM TRIANGULAR DAS PEÇAS - TRIANGULAÇÃO;
AS PEÇAS COMPRESSÍVEIS E TRACIONÁVEIS, DISPOSTAS EM
FORMAS TRIANGULADAS E COLOCADAS EM SISTEMAS COM
JUNTAS ARTICULADAS PODEM RETRANSMITIR AS CARGAS A
LONGAS DISTÂNCIAS SEM A NECESSIDADE DE APOIOS
INTERMEDIÁRIOS
3. SISTEMAS ESTRUTURAIS DE MASSA ATIVA OU SISTEMAS
ESTRUTURAIS EM ESTADO DE FLEXÃO
SÃO ESTRUTURAS QUE ATUAM PRINCIPALMENTE POR MASSA E
CONTINUIDADE MATERIAL;
OS ELEMENTOS LINEARES RETOS QUE APRESENTAM RESISTÊNCIA
PODEM REALIZAR FUNÇÕES ESTRUTURAIS. COM RESISTÊNCIA À
COMPRESSÃO PODEM SER USADOS COMO BARRAS DE
COMPRESSÃO. COM RESISTÊNCIA À TRAÇÃO, PODEM SER
USADOS COMO BARRAS DE TRAÇÃO.
SE ALÉM DISSO, DISPUSEREM DE RIGIDEZ A FLEXÃO, ENTÃO
TEREMOS UMA VIGA.
AS VIGAS SÃO ELEMENTOS ESTRUTURAIS RETOS, RESISTENTES À
FLEXÃO, QUE RESISTEM ÀS FORÇAS QUE ATUAM NA DIREÇÃO DE
SEU EIXO, AOS ESFORÇOS SECIONAIS, ÀS FORÇAS
PERPENDICULARES A SEU EIXO E AINDA SÃO CAPAZES DE
RETRANSMITIR OS ESFORÇOS LATERALMENTE AO LONGO DE
SEU EIXO ATÉ OS APOIOS DAS EXTREMIDADES.
AS VIGAS SÃO OS ELEMENTOS BÁSICOS DOS SISTEMAS
ESTRUTURAIS DE MASSA ATIVA
4. SISTEMAS ESTRUTURAIS DE SUPERFÍCIE ATIVA OU SISTEMAS
ESTRUTURAIS EM ESTADO DE TENSÃO DE MEMBRANA
SÃO ESTRUTURAS QUE ATUAM PRINCIPALMENTE POR
CONTINUIDADE DE SUPERFÍCIE;
SUPERFÍCIES SÃO GEOMETRIAS QUE DEFINEM ESPAÇOS. UMA
SUPERFÍCIE PODE DIVIDIR AMBIENTES, SEPARAR O MEIO
EXTERNO DO MEIO INTERNO, ETC;
QUANDO AS SUPERFÍCIES PODEM EXERCER FUNÇÃO
ESTRUTURAL, PODEMOS CONSIDERÁ-LAS SISTEMAS
ESTRUTURAIS DE SUPERFÍCIE ATIVA;
A CONTINUIDADE ESTRUTURAL DOS ELEMENTOS EM DOIS EIXOS,
ISTO É, SUPERFÍCIE RESISTENTE À COMPRESSÃO, TRAÇÃO E
CISALHAMENTO, É O PRIMEIRO REQUISITO E A PRIMEIRA
CARACTERÍSTICA DAS SUPERFÍCIES-ATIVAS
OS SISTEMAS ESTRUTURAIS DE SUPERFÍCIE ATIVA SÃO AO MESMO
TEMPO O INVÓLUCRO DA EDIFICAÇÃO E A PARTE ESTRUTURAL DA
MESMA;
CITAM-SE COMO EXEMPLOS AS “CASCAS ESTRUTURAIS” E OS
SISTEMAS PRÉ-FABRICADOS EM PLACAS ESTRUTURAIS DE
FECHAMENTO EXTERNO, DENTRE OUTROS.
5. SISTEMAS ESTRUTURAIS VERTICAIS
SÃO ESTRUTURAS QUE ATUAM PRINCIPALMENTE POR
TRANSMISSÃO VERTICAL DE CARGAS;
SÃO OS SISTEMAS ESTRUTURAIS CUJA FUNÇÃO PRINCIPAL É A DE
AGRUPAR CARGAS DE PLANOS HORIZONTAIS, COLOCADOS UNS
SOBRE OS OUTROS; E RETRANSMITÍ-LAS VERTICALMENTE À BASE
DA ESTRUTURA;
ESTES SISTEMAS REQUEREM CONTINUIDADE DOS ELEMENTOS
QUE TRANSPORTAM AS CARGAS À BASE, E PORTANTO,
NECESSITAM DE CONGRUÊNCIA DOS PONTOS DE AGRUPAMENTO
DE CARGA PARA CADA PLANTA TIPO;
SÃO OS SISTEMAS ESTRUTURAIS ADOTADOS NOS EDIFÍCIOS DE
GRANDES ALTURAS;
HÁ VARIAÇÕES NOS POSICIONAMENTOS DOS PONTOS DE
AGRUPAMENTO DE CARGAS. CITA-SE ALGUNS MODELOS:
SISTEMAS RETICULAR;
SISTEMAS EM BALANÇO;
SISTEMAS EM VÃO LIVRE;
ETC
SISTEMAS DE ESTRUTURA DE FORMA ATIVA
TIPIS INDÍGENAS
ZAHA HADDID FABRIC IMAGES
EVOLUÇÃO DAS ESTRUTURAS EM
MEMBRANAS
Os vestígios mais antigos de uso de abrigos feitos pelo homem são os
encontrados em sítios pré-históricos, onde tipologias de ESTRUTURAS
DE MEMBRANA foram construídas por grupos de caçadores nômades.
Os abrigos se constituíam basicamente pelo uso de troncos de árvores ou
varas de madeira, dispostos como elemento estrutural e de peles de
animais como elementos de vedação e cobertura, entre outras variações.
As estruturas de membrana possibilitavam conforto, e ao mesmo tempo
preservavam a flexibilidade de serem mudadas de local facilmente, para
acompanhar a vida nômade dos usuários. Suas estruturas , bem como as
peles usadas como elementos de vedação, eram leves e desmontáveis,
podendo ser transportadas.
Os vestígios mais antigos de uso de abrigos feitos pelo homem são os
encontrados em sítios pré-históricos, onde tipologias de ESTRUTURAS
DE MEMBRANA foram construídas por grupos de caçadores nômades.
Os abrigos se constituíam basicamente pelo uso de troncos de árvores ou
varas de madeira, dispostos como elemento estrutural e de peles de
animais como elementos de vedação e cobertura, entre outras variações.
As estruturas de membrana possibilitavam conforto, e ao mesmo tempo
preservavam a flexibilidade de serem mudadas de local facilmente, para
acompanhar a vida nômade dos usuários. Suas estruturas , bem como as
peles usadas como elementos de vedação, eram leves e desmontáveis,
podendo ser transportadas.
Os TIPIS INDÍGENAS NORTEAMERICANOS
surgiram da cultura dos povos nativos. A
disposição em cone da parte estrutural é, ao
mesmo tempo, estruturalmente estável e de
fácil montagem e desmontagem. A abertura
superior funciona como um exaustor de
fumaça quando uma fogueira é acesa no
interior. Em dias quentes, as peles próximas
ao solo são suspensas, permitindo um fluxo de
ar frio ativado pelo vento, por efeito chaminé.
Em dias sem vento uma pequena fogueira
interna central responde pelo fluxo de ar. A
abertura pode ser fechada ou diminuída
como dispositivo de controle térmico. A
estrutura desmontada limita-se a varas de
madeira que podem ser transportadas
agrupadas em feixe e peles de animais que
podem ser facilmente transportadas em
rolo, ao modo da maioria das estruturas dos
povos nômades.
Outra disposição nômade de estrutura é a BLACK TENT. Utilizada no Oriente
Médio e África até os dias de hoje, esse tipo de tenda possui esse nome por ter
regularmente utilizado pele negra de cabra como cobertura. Os povos beduínos e
curdos, entre outros, desenvolveram, desde cedo, abrigos com base em princípios
que regem o funcionamento de vários tipos de TENSO-ESTRUTURAS até a
atualidade: a membrana é suspensa por pontos altos e cordas ancoradas no solo
prendem e tracionam a membrana amarrada a elas.
Os carregamentos de forças são transportados da membrana às cordas, das
cordas às estacas e daí ao solo. A BLACK TENT é uma das formas de tenda com
o uso continuado por tradição nômade até os dias de hoje. Pode ter diversas
configurações, de acordo com a região e o povo, mas é formada, basicamente, por
três ou mais pares de pólos internos, dependendo de quão grande é a tenda,
sendo o eixo central mais alto, recobertos por tecidos ou couros esticados e presos
ao solo.
Já as tribos nômades das estepes mongóis e siberianas desenvolveram
um tipo bem particular de estrutura, a YURTA, de muita robustez e
conforto, necessários à vida em uma das regiões de clima mais extremo
do planeta. A YURTA possui como paredes um engradado de madeira,
circular, coberto com um tecido grosso de lã e fechada com uma porta de
madeira. Uma abertura no centro da coberta, semelhantemente ao tipi
indígena, é responsável pela saída de fumaça de uma fogueira central
interior.
Hoje, a YURTA ainda é largamente utilizada nas planícies centrais da
Ásia, tendo como característica mais prática sua grade desmontável
formada por peças leves de madeira que podem ser facilmente
transportadas por camelo ou cavalo. O interior de uma yurta é disposto
com base em uma rígida ordem hierárquica e de modo a oferecer muito
conforto e segurança aos moradores, o que explica, talvez, porque a yurta
foi mais utilizada que qualquer outro tipo de tenda no mundo (HATTON,
1979).
Essas estruturas leves e portáteis também têm sido usadas por exércitos
em todas as épocas (HATTON, 1979). São encontradas TENDAS DE
CAMPANHA nas conquistas egípcias, persas, gregas, romanas, etc, como
acessório militar padrão. Pouco foi registrado ou sobreviveu até os nossos
dias. A tenda consiste em peças de lona presas ao solo, suspensas por
um par de mastros ancorados por cordas e estacas de solo. Aberturas
triangulares, uma de cada lado, são fechadas com lona adicional e servem
como acesso.
Na Roma antiga, o uso do VELUM ou VELARIUM foi largamente
difundido nas cidades. Segundo escritores romanos, o velum, toldo feito
de tecido, não só se estendia sobre teatros, como também sobre pátios
interiores, ruas (como ainda hoje se faz em Sevilha) e praças, para
proteger o cidadão contra o vento, a chuva e o sol (SIMÕES, 2002). A
palavra vela (de barco), como conhecemos, é derivada da latina velarium
que, para os romanos, significava uma só coisa.
A tecnologia dos barcos à vela e a grande experiência dos marinheiros foi
utilizada para construir grandes coberturas nas cidades romanas antigas.
Os coliseus e anfiteatros romanos possuíam, em sua maioria,
COBERTURAS SUSPENSAS RETRÁTEIS e eram marinheiros os que
construíam e operavam esses complexos toldos. A necessária
retratibilidade era devida à incapacidade de se construirem coberturas
têxteis capazes de resistir a ventos fortes, chuvas fortes e neve.
Mesmo o grande Coliseu de Roma, um edifício de planta oval com 189 metros
de eixo maior, 155 metros de eixo menor e 47 metros de altura foi, em seu auge,
provido com uma complexa cobertura de lona para os espectadores. Segundo a
versão mais difundida, cento e vinte mastros dispostos radialmente, seriam a
principal estrutura, complementada por uma rede de cordas suspensas. Porém
há outras descrições estruturais em função de análise das representações
pictóricas da época.
HOUVE POUCO DESENVOLVIMENTO DAS TENDAS ENTRE O TEMPO DOS
ROMANOS E O SÉCULO XIX, em parte por causa da pouca demanda, e
principalmente pela falta de avanços na manufatura de cabos, tecidos e
conexões resistentes.
Porém, depois da REVOLUÇÃO INDUSTRIAL houve uma demanda por MEGA
ESTRUTURAS (utilizadas para o entretenimento de populações, como os circos
e estádios) e por materiais de grande resistência, com produção em massa e
relativamente barata.
Uma nova era abriu-se após a SEGUNDA GUERRA MUNDIAL com o
desenvolvimento de vários tipos de mantas estruturais, das quais os benefícios
são vários principalmente em termos de luminosidade e flexibilidade. A
estabilidade passou a ser assegurada não só pelo peso, mas também pelo
projeto, levando-se em conta curvaturas acrescidas de PRÉ-TENSIONAMENTO
INDUZIDO.
Dois são os principais fatores que permitiram a evolução tecnológica das
estruturas em membrana:
- o uso de FORMAS ANTICLÁSTICAS , que se utilizam de curvaturas em
sentidos opostos, criando o PRÉ-TENSIONAMENTO INDUZIDO;
- o desenvolvimento dos MATERIAIS.
Muitos tipos de materiais passaram a ser aprimorados e desenvolvidos
com base em produção industrial. Foi o caso do CABO DE AÇO DE ALTA
RESISTÊNCIA que, inicialmente empregado em guindastes e pontes
suspensas, acaba por se constituir em base necessária à construção da
PRIMEIRA COBERTURA DE MEMBRANA TRACIONADA MODERNA,
medindo 92 m x 97 m, a ARENA DE RALEIGH (1953).
Utilizando-se de uma rede de CABOS DE AÇO ENTRE ARCOS DE
CONCRETO para formar uma superfície tridimensional com dupla
curvatura inversa, essa obra revolucionária foi um marco que despertou a
atenção de arquitetos e
engenheiros em todo o mundo.
Foto da Arena de Raleigh (1953)
A rede de cabos de aço foi montada cabo por cabo, sendo primeiramente postos
os cabos de suporte, unindo os arcos parabólicos e, depois, os cabos de tração
unindo extensões entre um mesmo arco. A estrutura recebeu uma cobertura com
placas metálicas (HATTON, 1979).
planta
perspectiva
Maquete da Arena de Raleigh
Na década de 1950, em decorrência do sucesso da solução encontrada, vários
projetos surgiriam com propostas influenciadas pelo design e funcionamento
estrutural da ARENA DE RALEIGH como os do arquiteto alemão FREI OTTO.
Frei Otto começou a desenvolver miniaturas de estruturas e testar a estabilidade
destas miniaturas com o auxílio de bolhas de sabão. Se as películas formadas a
partir da bolha de sabão se estabilizavam na estrutura suporte, esta estrutura
teria estabilidade.
A partir de 1954, Frei Otto passa a ser o responsável pelas maiores
realizações técnicas e conceituais no campo das estruturas de redes de
cabos e membrana, até a década de 1970, com estudos baseados em
modelos físicos, em Sttutgart, Alemanha, para gerar dados científicos a
partir de modelos físicos.
pequeno Pavilhão Musical para a Exposição Federal de Jardins - Kassel, Alemanha, em 1955
Os estudos com modelos físicos foram superados mais tarde, pelo uso de
RECURSOS COMPUTACIONAIS utilizando as equações matemáticas
desenvolvidas a partir da década de 1970.
Nas décadas anteriores, a configuração de formas geométricas
tridimensionais era baseada em modelos físicos com telas elásticas e
modelos com películas de espuma de sabão.
O desenvolvimento de softwares computacionais vem dar origem a uma
outra fase, caracterizada por um maior controle sobre a determinação
geométrica das formas e sobre as cargas e forças que atuam na estrutura.
O trabalho de Frei Otto com modelos físicos reduzidos, túneis de vento e
técnicas de medições, foi decisivo para o desenvolvimento e construção
de COBERTURAS DE MEMBRANAS TRACIONADAS e MALHAS DE
CABOS PRÉ-FABRICADAS nas décadas de 50 e 60.
Em 1965 FREI OTTO e ROLF GUTBROD ganham o concurso para o
PAVILHÃO DA ALEMANHA OCIDENTAL NA EXPOSIÇÃO DE
MONTREAL DE 1967. O projeto tem como base o uso de malha estrutural
quadrangular de cabos de aço, que, ao contrário das obras com cabos ao
estilo da Arena de Raleigh, podia ser TOTALMENTE PRÉ-FABRICADA E
MONTADA EM SOLO, sendo suspensa ao modo das estruturas de
membranas convencionais.
O Pavilhão da Alemanha Ocidental na Exposição de Montreal de 1967 foi
um marco que despertou a atenção de todo o mundo por sua rapidez de
fabricação e montagem, e, com isso, abriu espaço para outros projetos
baseados nos conceitos das FORMAS ANTICLÁSTICAS, cada vez com
tecnologias mais avançadas, até hoje.
Definição:
Denominamos TENSO-ESTRUTURAS ou ESTRUTURAS
TENSIONADAS ou FORMAS ANTICLÁSTICAS aquelas coberturas cujo
elemento principal é a própria cobertura, que permanecendo sob constante estado
de tracionamento, em oposição aos elementos metálicos comprimidos, promove o
equilíbrio geral do sistema. Diferentemente das coberturas normais em telhas
metálicas, a tenso-estrutura tem no tecido que a forma, a capacidade de
resistência aos esforços externos. Esta resistência é maior ou menor de acordo
com a GEOMETRIA assumida, sempre em DUPLA CURVATURA, e com o
material do tecido da membrana. Tomando-se como exemplo o PARABOLÓIDE
HIPERBÓLICO (base retangular ou quadrada com dois vértices fixos em nível
inferior e dois em pontos superiores – ex: Pavilhão de Kassel), as fibras do tecido
que convergem para os pontos superiores resistem às cargas que agem de cima
para baixo – pressões do vento ou peso da neve; enquanto que as fibras que
convergem para os pontos inferiores resistirão aos esforços de baixo para cima –
vento na sucção. Quanto maior a diferença de cota entre os dois níveis, maior a
eficiência no combate a estas cargas.
As formas onduladas freqüentemente lembrando fenômenos naturais,
como ondas, nuvens ou montanhas com topos cobertos de neve, servem
de inspiração para muitas gerações de projetistas, que procuram por
formas arquitetônicas baseadas em princípios fundamentais e orgânicos.
ESTRUTURAS EM MEMBRANA
NA ATUALIDADE
FEIRA DE ANANINDEUA PARA 2007
FEIRA DE ANANINDEUA PARA 2007
ESTRUTURAS EM MEMBRANA
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FEIRA DE ANANINDEUA PARA 2007
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ESTRUTURAS EM MEMBRANA
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