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Versáteis e funcionais, as estruturas de membrana são uma opção para arquitetos que desejam desenvolver formas originais e criativas

11/Junho/2004
Vencer grandes vãos com poucos apoios é, sem dúvida, uma das vantagens mais difundidas da arquitetura têxtil. Apesar de a maioria dos profissionais estarem cientes da leveza e da rapidez que as tensoestruturas oferecem, poucos dominam com profundidade seu processo de projeto e análise estrutural. Mesmo assim, as estruturas de membrana, como também são chamadas, ganham espaço entre arquitetos que buscam uma solução arquitetônica completa, capaz de resolver, por si só, aspectos funcionais, estéticos e estruturais.

Para o arquiteto José Wagner Garcia, a arquitetura têxtil está conceitualmente conectada a valores como "o efêmero, o transitório e o fluídico", tendências que, segundo ele, foram assumidas nos anos 90 pelas escolas americana e européia. Autor de "infláveis" para exposições itinerantes como Amazing Amazon e A Energia de um Sonho, patrocinadas pela Petrobrás, Garcia acredita que o Brasil precisa evoluir no campo das tensoestruturas. "Sob o ponto de vista tecnológico, a produção brasileira de tensoestruturas é praticamente nula", diz o arquiteto, que atualmente desenvolve um projeto de estruturas de membrana, ainda não aprovado, para o Centro de Pesquisas da Petrobrás (Cenpes).

As estruturas de membranas são constituídas por tecidos especiais tracionados, cujas cargas são transmitidas normalmente para blocos de fundação. Assim como as malhas estruturais feitas com cabos, as estruturas de membrana funcionam por tração. Ambos os tipos, segundo o engenheiro Ruy Marcelo de Oliveira Pauletti, professor da Poli-USP, são classificados como tensoestruturas. "As tensoestruturas, ou estruturas retesadas, dependem do tracionamento para adquirirem rigidez e forma, caso contrário se tornam hipostáticas ou frouxas", explica Pauletti.

As estruturas de membrana são um dos mais antigos sistemas estruturais de que se tem conhecimento. Há mais de dois mil anos, povos nômades do Saara, Arábia e Irã utilizavam peles de animais para construir abrigos desmontáveis. Os romanos utilizavam tecidos feitos de velaria para cobrir seus teatros e anfiteatros.

De lá para cá, avanços significativos só aconteceram quando o arquiteto e engenheiro alemão Frei Otto, um dos pioneiros na área de arquitetura têxtil, construiu obras notáveis como o pavilhão para a Expo de 67, em Montreal, e o estádio Olímpico de Munique, em 1972. Otto, que se baseava em modelos orgânicos para criar suas estruturas, foi o fundador de importantes núcleos de desenvolvimento e pesquisa na área de tensoestruturas, como o Centro de Desenvolvimento de Construções Leves, em Berlim, e o Instituto de Estruturas Leves, na Universidade de Stuttgart.

Hoje, com a evolução da tecnologia têxtil, a vida útil das mantas sintéticas ultrapassa os 35 anos. Mais duráveis e resistentes, as mantas são compostas por tecidos especiais revestidos por materiais que as protegem da poluição, descoloração e degradação ocasionadas pelas intempéries e pela ação do sol.

De acordo com o engenheiro Voldemir Braz Fakri, da Tensobras, as mantas mais utilizadas no País são as de tecido composto por fios de poliéster revestido com PVC. Em países da Europa, mantas feitas com tecido de fibra de vidro revestido com PTFE (politetrafluoretileno) são também bastante empregadas. "Apesar de serem mais duráveis e resistentes, essas mantas ainda não foram empregadas no Brasil, já que custam até quatro vezes mais do que as convencionais", diz o engenheiro, que explica que a maioria das mantas utilizadas aqui são importadas.
Apesar disso, Fakri conta que a resistência mecânica das membranas pode variar de acordo com a necessidade de projeto e, na maioria dos casos, as membranas de poliéster e PVC cumprem bem seu papel. "O desenvolvimento de polímeros aplicados ao PVC tornam o produto confiável, com durabilidade acima de 25 anos", explica. Em 2003, Fakri projetou e executou mais de 40 obras de caráter permanente.

A translucidez das mantas varia de acordo com o tipo de material empregado, mas sempre proporciona vantagens estéticas e econômicas. O aproveitamento de luz natural permite substituir a iluminação artificial durante o dia, economizando recursos energéticos. E, apesar de permitirem a transmissão de luz natural, as membranas contam com camadas protetoras impermeáveis aos raios ultravioleta do sol. No hotel Burj al Arab, do escritório britânico Atkins (www.atkinsglobal.com), localizado em Dubai, nos Emirados Árabes, uma membrana de tecido de fibra de vidro recoberta com PTFE, de mais de 200 m de altura, protege hóspedes e funcionários da intensa radiação solar do local.

O Burj al Arab, hotel mais alto do mundo, é uma das provas da versatilidade das membranas que, nesse caso, foram empregadas na fachada, como vedação.

Apesar de o sistema estrutural oferecer um variado repertório formal, os arquitetos devem estar cientes de suas limitações. "Quando se trata de tensoestruturas, a forma não deve ser imposta, deve ser uma solução", explica Voldemir Fakri, que cita o Aeroporto de Denver, no Colorado, Estados Unidos, como exemplo de boa aplicação de membranas em arquitetura. As formas da tensoestrutura do edifício, de autoria do escritório Fentress Bradburn Architects e calculado por Horst Berger, remetem às montanhas Rochosas vistas no horizonte. "No aeroporto, uma parede dupla de membrana, com salsichas pneumáticas em seu interior, garante o conforto termoacústico do edifício, implantado num local onde o inverno é rigoroso e há um fluxo intenso de aviões", diz.

As formas mais utilizadas para a execução de membranas são as funiculares, assim como as conóides e as parabolóides hiperbólicas. Para que a estrutura atinja seu equilíbrio é necessária a geração de formas com superfícies anticlásticas, ou seja, superfícies que permitam a configuração de duas curvaturas contrárias. A única maneira de se obter superfícies com curaturas na mesma direção, ou seja, sinclásticas, é por meio das estruturas pneumáticas, tensoestruturas em que membranas são sustentadas pela pressão do ar. Nesse caso, a pressão do ar funciona como um carregamento transversal que permite a geração de formas convexas como balões ou esferas.

No Brasil, há falta de normas específicas para coberturas tensionadas. "Por isso, utilizamos as normas francesas ou italianas", diz Voldemir Fakri. A estrutura é rapidamente montada por equipamentos convencionais de construção, como guindastes, gruas, catracas e macacos hidráulicos que aplicam a carga de retesamento. O sistema faz uso de elementos de fixação e tensionamento como cabos de aço, manilhas, sapatilhas, grampos de fixação, terminais de barra roscada e soquetes.

A análise estrutural deve estar completamente integrada ao desenho arquitetônico e formal. "Por isso, esse sistema estrutural é um dos mais dependentes da computação durante o projeto", explica Pauletti, que critica processos de cálculo baseados exclusivamente em maquetes físicas. "Com os modelos em escala reduzida não se pode ter certeza das forças que realmente serão aplicadas no edifício real", diz. O engenheiro também critica a idéia difundida de que tais estruturas, por serem leves, necessitem de fundações simples. "Na maior parte dos casos, são recomendadas fundações consideráveis que resistam às cargas geradas pelo retesamento da estrutura e pelo vento", explica.


Em relação às normas de combate a incêndio, vale acrescentar que as membranas de PVC/Poliéster são auto-retardantes, ou seja, auto-extinguíveis. São reconhecidas pelas normas internacionais como aptas a serem utilizadas em coberturas de caráter permanente. As membranas de PTFE (Teflon) são inífugas, ou seja, não pegam fogo.



Bolha de Ar

Ainda em desenvolvimento por José Wagner Garcia, o "insuflável", como é chamado pelo arquiteto, é uma estrutura pneumática de 800 m2 que abrigará exposições audiovisuais do Centro de Pesquisas da Petrobrás, o Cenpes, para o Congresso Mundial do Petróleo. "Uma das novidades da proposta, ainda em avaliação pela Petrobrás, é que faz uso das próprias membranas como tela de projeção", explica Garcia, que quer tornar o espaço livre de instalações como painéis e estruturas metálicas.

O "insuflável" será composto por seis ambientes "imersivos" para realidade virtual e fará uso da própria estrutura pneumática como piso e como recurso que garantirá o conforto termoacústico das exposições.



Paulínia, SP, tem a mais alta tensoestrutura do país

Concluída em março deste ano, a tensoestrutura em formato de cone foi projetada para cobrir a área de eventos do Rodo Shopping de Paulínia, no interior de São Paulo. Parcialmente ancorada na estrutura metálica do shopping, a 14 m do piso, a tensoestrutura apresenta uma torre única articulada e inclinada em 23o. "Com 42 m de altura, a torre é a mais alta do Brasil nesse tipo de construção", afirma o arquiteto Carlos Bauer, da Toldos Dias, empresa encarregada do projeto e execução da obra.

Para fabricação da tensoestrutura, que cobre uma área de 2.200 m2, foram utilizadas 32 toneladas de aço galvanizado a fogo. A membrana, com 3.750 m2, é constituída por uma manta sintética importada da Alemanha, composta de PVC e HD Poliéster com acabamento da superfície em PVDF. A união dos painéis da membrana é feita por uma corrente composta por 2.500 chapas unidas por 3 mil parafusos. O grande anel de suspensão da membrana, com 5,2 m de diâmetro, pode suportar até 65 toneladas de esforço.

O processo de projeto e análise das estruturas retesadas ("tensoestruturas")

Por Ruy Marcelo de Oliveira Pauletti

As estruturas retesadas, ou "tensoestruturas", se caracterizam por uma grande variabilidade de soluções. Se não se impõem demasiadas restrições à forma, pode-se, com mais liberdade do que no caso de outros sistemas estruturais, arbitrar o campo de tensões e buscar a forma a partir daí.

Essa variabilidade de soluções, aliada às dificuldades ligadas ao comportamento geométrico e materialmente não-linear, em geral inviabiliza o uso de soluções analíticas, deixando as análises numéricas como única abordagem de validade geral para o projeto e análise das estruturas retesadas. Não obstante, cálculos analíticos e modelos físicos continuam sendo empregados em adição à análise numérica, com propósitos arquitetônicos e de pré-dimensionamento estrutural.

O processo de projeto e análise necessariamente integrados das estruturas retesadas compreende as fases de busca da forma, de determinação dos padrões de corte e de análise da resposta aos carregamentos. A Figura 1 esquematiza essas três fases.

 Busca da forma
É difícil definir a priori a forma de uma estrutura retesada. Como esta não tem rigidez à flexão nem tampouco à compressão, decorre que a forma, os carregamentos externos e um estado interno de tensões exclusivamente de tração devem interagir de modo a satisfazer as equações de equilíbrio. O projeto preliminar das estruturas retesadas envolve, assim, a determinação de uma configuração inicial (ou "viável") na qual o estado de solicitações e a geometria especificadas definam um estado de equilíbrio. Além disso, a forma viável deve acomodar tanto requisitos arquitetônicos (forma e uso) como estruturais (resistência e estabilidade). Existem muitas configurações de equilíbrio possíveis, e o projetista procura selecionar a configuração que melhor atenda aos requisitos de projeto.

 Determinação dos padrões de corte
Uma vez definida a configuração inicial da estrutura, a superfície encontrada deve ser convertida em um conjunto de peças planas, para sua fabricação. Como as superfícies de dupla curvatura - típicas das estruturas retesadas - não podem ser planificadas de forma exata, o processo de determinação dos padrões de corte é inevitavelmente aproximado. Não obstante, é crucial que se limite o erro dessa aproximação, sob pena de não se obter a configuração preconizada na busca da forma, ou de aparecerem rasgos ou zonas de enrugamento que condenam a estrutura, seja do ponto de vista mecânico, seja do de uso.

 Resposta aos carregamentos
O comportamento da estrutura, sujeita a uma variedade de carregamentos, deve ser estudado para se garantir que possa suportar todas as solicitações que encontrará em serviço. A falta de rigidez à flexão leva as estruturas a se adaptarem aos carregamentos sofrendo grandes deflexões. Em alguns casos, os próprios carregamentos são dependentes da deformação. É o caso da pressão exercida pelo vento, que permanece sempre normal à superfície deformada.

Torna-se necessário proceder-se a uma análise não-linear para incluir esses efeitos na análise de resposta aos carregamentos. Critérios de aceitação para as análises de carregamento devem considerar a segurança mecânica a curto e longo prazo, a limitação das vibrações e a perda de retesamento, que pode levar ao enrugamento da membrana.


A seguir, o processo é exemplificado com base no caso da cobertura do anfiteatro, da Igreja Batista Central de Fortaleza, desenhada por Nasser Issa Arquitetos Associados. Inaugurada em 2003, trata-se da maior área coberta com uma única membrana de bordas livres no Brasil, e a primeira membrana nacional de grande porte com projeto totalmente assistido por computador. A membrana tem a forma de um duplo conóide assimétrico, com área de cerca de 2.800 m2. A planta é circunscrita por um retângulo de 70 m por 50 m. Os mastros têm 20 m de altura. O tecido é constituído por fibras de poliéster recobertas com PVC e espessura de 1 mm.
Cliente: Igreja Batista Central de Fortaleza
Execução: Technostaff
Cálculo da membrana: Ruy Marcelo de Oliveira Pauletti e Reyolando M.L.R.F. Brasil
Confecção da membrana: Formatto




Serviço

Projetistas de tensoestruturas
 Tensotech
tensotech@uol.com.br
(11) 3848-0109
Avenida Santo Amaro, 537
São Paulo-SP
 Toldos Dias
www.toldosdias.com.br
toldosdias@toldosdias.com.br
(11) 2076-3029
Rua da Moóca, 4.326
São Paulo-SP
 Pistelli Estruturas Tensionadas
http://www.arquiteturatextil.com.br/
info@arquiteturatextil.com.br
(11) 6915-8555
 Fiedler Tenso-estruturas
www.fiedler.eng.br
stmontagem@uol.com.br
(11) 6915 8555
Rua Salvador Correia, 114
São Paulo-SP
 Tecnostaff Engenharia Estrutural
www.tecnostaff.com.br
correio@tecnostaff.com.br
(11) 4153-5853
Alameda Jundiaí 90 Alphaville Res Quatro
Barueri-SP

Fabricante de membranas no Brasil
Grupo Sansuy
www.sansuy.com.br
vendas_sp@sansuy.com.br
(11) 3759-7866
fax (11) 3758-6615
fax (11) 3758-4615
Rua Franscisco Tramontano, 100
05686-010
São Paulo-SP


Texto original de Valentina Figuerola
AU 121 - abril de 2004
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