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

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ESTRUTURAS EM MEMBRANA

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ESTRUTURAS EM MEMBRANA

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